Anomalie magnetyczne Ziemi

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Pole magnetyczne Ziemi chroni jej powierzchnię i jej mieszkańców – w tym wszystkich ludzi z ich delikatnymi ciałami, a także wrażliwą elektronikę – przed śmiercionośnymi promieniami kosmicznymi i naładowanymi cząsteczkami unoszącymi się ze Słońca. Jednak w niektórych miejscach ta niewidzialna zbroja słabnie, a luki się powiększają. Dlatego naukowcy z całego świata bardzo dokładnie badają takie anomalie, aby lepiej zrozumieć mechanikę dynama magnetohydrodynamicznego w jelicie planety, a także przewidzieć zmiany w polu magnetycznym.

Anomalia magnetyczna to znaczne osłabienie pola magnetycznego Ziemi w pewnym obszarze powierzchni planety. Jak sama nazwa wskazuje, Południowy Atlantyk (SAA) znajduje się nad południową częścią Morza Atlantyckiego, częściowo „zakrywając” Amerykę Południową i „przylegając ogonem” do samego południa Afryki.

Formacja ta ma największy rozmiar na wysokości około 500-600 kilometrów. Na poziomie morza jego „rzut” jest nieco mniejszy i objawia się wielkością pola magnetycznego - jest równa tej na wysokości około tysiąca kilometrów nad tymi obszarami powierzchni ziemi, gdzie nie ma anomalii.

Taki spadek pola magnetycznego nie jest jeszcze niebezpieczny dla mieszkańców naszej planety, ale już stwarza poważne problemy inżynierom projektującym statki kosmiczne i kontrolującym ich misje. Na przykład legendarny orbitujący teleskop Hubble'a krąży wokół Ziemi dokładnie na wysokości około 540 kilometrów - czyli kilka razy dziennie przelatuje dokładnie przez anomalię. W tych minutach praca laboratorium kosmicznego zostaje zawieszona ze względu na zwiększony poziom promieniowania.

Problem polega na tym, że tam, gdzie pole magnetyczne Ziemi słabnie, zmniejsza się ochrona całej przestrzeni wokół planety przed wiatrem słonecznym i promieniami galaktycznymi. Naładowane cząstki mają możliwość pędu prawie bez odchylania się od powierzchni ziemi i oczywiście zderzają się ze wszystkim, co stanie na ich drodze.

Co więcej, w przypadku statku kosmicznego sytuację z anomalią na południowym Atlantyku dodatkowo komplikuje struktura pasów radiacyjnych. To w tym rejonie Atlantyku wewnętrzny pas Van Allena schodzi prawie na powierzchnię planety.

Pasy radiacyjne Van Allena to dwie warstwy Ziemi utworzone z naładowanych cząstek (protonów i elektronów), które są uwięzione pomiędzy liniami pola magnetycznego naszej planety.

Zazwyczaj większość satelitów znajduje się poniżej pasa wewnętrznego (okrąża w apogeum do 1000 km) i prawie nie jest narażona na destrukcyjne działanie promieniowania jonizującego. Jednak anomalia na południowym Atlantyku wciąż psuje nerwy astronautom i inżynierom w przemyśle rakietowym i kosmicznym.

Oprócz Hubble'a, który musi okresowo przerywać prace naukowe, wiele innych pojazdów jest ofiarami tego obszaru w przestrzeni bliskiej Ziemi: ISS ma zwiększoną ochronę przed promieniowaniem, ponieważ również przelatuje przez tę anomalię, prawdopodobnie kilka satelitów Globalstar zostało uszkodzonych, a na promach wyłączały się zupełnie zwyczajne laptopy.

Dla ludzi przelot przez anomalię na wysokości 400 kilometrów nad Ziemią również nie przechodzi bez echa – większość phosphenes (błyski za zamkniętymi oczami, które powodują powstawanie cząstek elementarnych o wysokiej energii) są obserwowane przez astronautów i kosmonautów nad Atlantykiem.

Co spowodowało to nieprzyjemne zachowanie pola magnetycznego - pytanie nie jest do końca zamknięte. Zgodnie z ogólnie przyjętą i dobrze sprawdzoną teorią, ciekły metalowy rdzeń Ziemi podczas swojego obrotu i ciągłego mieszania prądów konwekcyjnych działa jak dynamo.

Ale ponieważ jego struktura jest niejednorodna, różne masy materii poruszają się we wnętrzu planety z nieco różnymi prędkościami. Wahania te nakładają się na niewspółosiowość osi magnetycznej z osią obrotu planety i „skutkują” osłabieniem pola magnetycznego nad południowym Atlantykiem.

Współczesne badania pokazują, że anomalia południowoatlantycka była mniej więcej stabilna od co najmniej 8 milionów lat i płynnie dryfuje na zachód z prędkością około 0,3 stopnia rocznie.

Zbiega się to z różnicą prędkości rotacji powierzchni Ziemi i zewnętrznych warstw jądra planety. Co jednak najciekawsze, UAA zmienia swój kształt i stopniowo dzieli się na dwie części. Proces ten trwa już od dawna iw wielu źródłach początkowo rozważane są dwie odrębne anomalie - brazylijska i kapsztadzka.

Na ogólny stan planety takie zmiany, o ile można sądzić, nie mają poważnego wpływu. Problemy pojawiają się dopiero wtedy, gdy człowiek wznosi się wyżej nad powierzchnię – na orbicie jest więcej satelitów, a ich konstrukcja coraz częściej wykorzystuje powszechnie dostępne na rynku komponenty.

Jak poważny będzie wpływ zwiększonego promieniowania na te urządzenia, które wpadają w anomalię podczas lub po silnej burzy słonecznej, tylko czas może powiedzieć.