Σάββατο, 15 Ιουνίου 2013

Οι ζώνες ακτινοβολίας γύρω από τη Γη


ΣΑΒΒΑΤΟ 15-6-2013

Οι ζώνες ακτινοβολίας γύρω από τη Γη ήταν από τις πρώτες ανακαλύψεις της Διαστημικής Εποχής. Τις εντόπισε ο Τζέιμς Βαν Άλεν το 1958, με τις πρώτες εκτοξεύσεις αμερικανικών δορυφόρων, μετά τους σοβιετικούς «Σπούτνικ». Οι παρατηρήσεις που έγιναν τότε απέδειξαν ότι η Γη περιβάλλεται από δύο ξεχωριστές ζώνες σωματιδίων εγκλωβισμένων από το γεωμαγνητικό πεδίο, που ονομάστηκαν εσωτερική και εξωτερική ζώνη ακτινοβολίας Βαν Άλεν.

Όταν ανακαλύφθηκαν οι ζώνες ακτινοβολίας, η επίδρασή τους στη ζωή των ανθρώπων ήταν ελάχιστη. Σήμερα, που εκατοντάδες δορυφόροι χρησιμοποιούνται για οτιδήποτε, από την πρόγνωση του καιρού, το σύστημα GPS, τις τηλεπικοινωνίες ως τη μετάδοση τηλεοπτικών προγραμμάτων, οι επιπτώσεις κάποιας βλάβης σε τροχιά συχνά γίνονται αντιληπτές από εκατομμύρια. Καθώς αρκετοί δορυφόροι διατρέχουν τις ζώνες Βαν Άλεν, τα υψηλής ενέργειας σωματίδια, με τα οποία συγκρούονται, μπορούν να κάνουν ζημιά στα φωτοβολταϊκά τους συστήματα και να βραχυκυκλώσουν ευαίσθητα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Κατά τη διάρκεια γεωμαγνητικών καταιγίδων, όταν οι ζώνες «φουσκώνουν», ολόκληροι στόλοι δορυφόρων εγκλωβίζονται σε αυτές.

Τυχερή απόφαση

Καθεμιά από τις δίδυμες διαστημοσυσκευές Βαν Άλεν, που εκτοξεύτηκαν από τη NASA τον περασμένο Αύγουστο, μεταφέρει ένα πανομοιότυπο σύνολο πέντε ομάδων οργάνων που επιτρέπουν στους επιστήμονες να συλλέξουν δεδομένα για τις ζώνες ακτινοβολίας με λεπτομέρεια μεγαλύτερη από ποτέ. Σημαντικά δεδομένα για την ανακάλυψη προήλθαν από το Σχετικιστικό Τηλεσκόπιο Ηλεκτρονίων και Πρωτονίων (REPT). Τα δεδομένα έδωσαν για πρώτη φορά απεικόνιση της ενέργειας σε κάθε επιμέρους περιοχή της εξωτερικής ζώνης Βαν Άλεν, εκεί που προηγούμενες μετρήσεις έδιναν μια «θολή» εικόνα.

Μετά από τις περισσότερες εκτοξεύσεις διαστημοσυσκευών, οι επιστήμονες περιμένουν υπομονετικά - ορισμένες φορές επί μήνες - να τεθούν σε λειτουργία το ένα μετά το άλλο τα όργανα παρατήρησης και να ελεγχθεί η καλή τους λειτουργία, μέχρι να αρχίσει η ροή προς τη Γη των δεδομένων από τις παρατηρήσεις. Ένα τέτοιο σχέδιο είχε προγραμματιστεί και για το ζευγάρι Βαν Άλεν Α και Βαν Άλεν Β, αλλά οι ερευνητές υπεύθυνοι για το REPT σκέφτηκαν μια τροποποίηση. Πρότειναν να ενεργοποιηθεί το συγκεκριμένο όργανο μόλις τρεις μέρες μετά την εκτόξευση, ώστε τα στοιχεία που θα δώσει να συσχετιστούν με εκείνα που έδινε ακόμα τον περασμένο Αύγουστο η διαστημοσυσκευή της αποστολής SAMPEX (Εξερευνητής Ηλιακών, Ανώμαλων και Μαγνητοσφαιρικών Σωματιδίων). Το SAMPEX επρόκειτο να μπει σύντομα στην ατμόσφαιρα και να καταστραφεί καθώς βρισκόταν στο τελευταίο στάδιο της ζωής του και αν το REPT δεν ενεργοποιούνταν άμεσα, θα χανόταν η ευκαιρία της ταυτόχρονης ροής συγκρίσιμων δεδομένων.

Ήταν πραγματικά τυχερή επιλογή. Λίγο μετά την ενεργοποίηση του REPT, μια Εκτόξευση Στεμματικού Υλικού από τον Ήλιο έστειλε μεγάλες ποσότητες σωματιδίων προς τη Γη, με αποτέλεσμα τη διόγκωση των ζωνών ακτινοβολίας. Το REPT κατέγραφε τα σωματίδια και τη θέση τους από την 1η Σεπτέμβρη του 2012. Λίγες μέρες μετά, τα σωματίδια άρχισαν να διαμορφώνουν ένα νέο σχηματισμό, σχηματίζοντας μια τρίτη διακριτή ζώνη, που εκτεινόταν στο Διάστημα. Σ' αυτές τις λίγες μέρες ήρθε νέα γνώση που απαιτεί να ξαναγραφτούν μερικές από τις σελίδες των εγχειριδίων της αστροναυτικής, που παρέμεναν αναλλοίωτες επί μισό αιώνα: Οι ζώνες Βαν Άλεν δεν είναι πάντα δύο. Μπορεί να είναι και τρεις και να εκτείνονται ακόμα πιο μακριά στο Διάστημα, με ό,τι αυτό σημαίνει τόσο για τις επανδρωμένες αποστολές, όσο και για τους δορυφόρους σε τροχιά.

Ο ρόλος του Ήλιου

Η τρίτη μη σταθερή ζώνη ακτινοβολίας, με μεταβολές στο μέγεθος και την ποσότητα των σωματιδίων διατηρήθηκε επί περίπου ένα μήνα, μέχρι που ένα νέο ισχυρό διαπλανητικό ωστικό κύμα από τον Ήλιο την εξαφάνισε. Η αποστολή SAMPEX είχε παρατηρήσει τις ζώνες από κάτω (από θέση χαμηλής τροχιάς), αλλά δεν είχε καταφέρει να λύσει το μυστήριο τι είναι εκείνο που προκαλεί τη δυναμική τους συμπεριφορά. Οι ηλιακές καταιγίδες, ακόμα κι όταν έχουν περίπου τα ίδια χαρακτηριστικά, προκαλούν διαφορετικό αποτέλεσμα στις ζώνες ακτινοβολίας, ενώ άλλοτε δεν έχουν καμία επίδραση. Οι δίδυμες διαστημοσυσκευές Βαν Άλεν διατρέχουν τις ζώνες και καταγράφουν τα είδη των σωματιδίων, την ενέργεια που αυτά έχουν, αλλά και τα μαγνητικά κύματα που διαδίδονται στις ζώνες και ορισμένες φορές δίνουν τέτοια ταχύτητα στα σωματίδια, που αυτά δραπετεύουν απ' τις ζώνες.

Οι ζώνες ακτινοβολίας μοιάζουν με τους δακτύλιους αποθήκευσης σωματιδίων στους επιταχυντές που χρησιμοποιούν οι φυσικοί. Οι δακτύλιοι αυτοί σχηματίζονται υπό την επίδραση κατάλληλων μαγνητικών πεδίων, ενώ άλλα μαγνητικά πεδία ωθούν και επιταχύνουν τα σωματίδια. Στους επιταχυντές, καθετί πρέπει να συντονιστεί προσεκτικά με το μέγεθος και το σχήμα αυτών των δαχτυλιδιών και τα χαρακτηριστικά των σωματιδίων που περιέχουν.


Οι ζώνες Βαν Άλεν εξαρτώνται από μια ανάλογη λεπτή ρύθμιση. Γνωρίζοντας με λεπτομέρεια τη θέση των σωματιδίων σε κάθε χρονική στιγμή, οι ερευνητές μπορούν να επικεντρώσουν στο είδος σωματιδίων και μαγνητικών πεδίων που προκαλούν αυτή τη γεωμετρία. Κάθε νέα παρατήρηση επιτρέπει ακόμα καλύτερη στόχευση. Οι επιστήμονες είχαν ήδη θεωρίες που εξηγούν, γιατί οι δύο γνωστές από παλιά ζώνες Βαν Άλεν βρίσκονται εκεί που βρίσκονται και έχουν τη συγκεκριμένη μορφή. Τώρα πρέπει να κατασκευάσουν νέα θεωρητικά μοντέλα που να εξηγούν και την τρίτη ζώνη. Παραπέρα πρέπει να διερευνήσουν τη σχέση της ηλιακής δραστηριότητας και ιδιαίτερα των εκτοξεύσεων υλικού από το Στέμμα του Ήλιου, καθώς αυτές φαίνεται να επιδρούν τόσο στην εμφάνιση της τρίτης ζώνης, όσο και στην εξαφάνισή της.

Η φύση συνεχίζει να μας εκπλήσσει, ακόμα και στους τομείς που νομίζαμε ότι γνωρίζουμε καλά, συνεχίζει να προσφέρει κίνητρα για το βάθεμα και την επέκταση της γνώσης μας. Ο άνθρωπος αποδεδειγμένα μπορεί να γνωρίσει τους νόμους κίνησης της ύλης και - μαζί με τη γνώση των νόμων κίνησης της κοινωνίας - να τους χρησιμοποιήσει για να διαμορφώσει έναν κόσμο αντάξιο της ομορφιάς της φύσης.

ΠΗΓΗ. 902.gr