Kosmiczny parasol Ziemi ma dziury. NASA: Pomóż nam je znaleźć
Wokół Ziemi rozciąga się niewidzialny, magnetyczny parasol, który każdego dnia osłania nas przed strumieniem naładowanych cząstek ze Słońca. NASA właśnie przyznała, że ten parasol ma dziury i zaprasza internautów do ich szukania w ramach projektu Space Umbrella.
Z perspektywy kosmosu Ziemia nie jest po prostu kulą krążącą w ogniu promieniowania. Otacza ją magnetosfera. To rozległa bańka pola magnetycznego, która przechwytuje większość wiatru słonecznego, czyli strumienia naładowanych cząstek pędzących od naszej gwiazdy. Działa jak gigantyczny parasol: część cząstek odbija się od tej niewidzialnej tarczy, część zostaje po drodze uwięziona, zanim dotrze do atmosfery.
Problem jednak w tym, że ten parasol nie jest gładką, idealnie napiętą membraną. To raczej falująca, stale targana wiatrem powłoka, w której co jakiś czas pojawiają się szczeliny i zawirowania. Właśnie tam energia ze Słońca może wlewać się do ziemskiego środowiska kosmicznego ze zdwojoną siłą, wywołując zorze, ale też zakłócenia GPS, łączności satelitarnej czy ryzyko dla astronautów i satelitów.
Od 2015 r. te newralgiczne obszary bada flotylla czterech sond misji Magnetospheric Multiscale (MMS). Lecą w ścisłej formacji i dosłownie przecinają granicę między magnetosferą a wiatrem słonecznym, mierząc, jak i gdzie pola magnetyczne Ziemi i Słońca haczy się ze sobą i rozrywają. To zjawisko nazywa się rekoneksją magnetyczną i jest jednym z istotniejszych procesów w fizyce plazmy – od Słońca, przez planety, po odległe gwiazdy i galaktyki.
Dziury w tarczy, które widać tylko w danych
Rekoneksja działa jak nagle otwarte okno w ścianie magnetycznej bańki wokół Ziemi. W tym miejscu linie pola magnetycznego zmieniają topologię, a uwięziona energia zostaje gwałtownie uwolniona. Oznacza to lokalne dziury w tarczy magnetosfery, przez które wiatr słoneczny może skuteczniej wnikać w okolice naszej planety.
Sztuka polega na tym, aby z morza surowych pomiarów wyłowić momenty, gdy MMS faktycznie przeciął takie okno, a nie po prostu przemknął przez spokojny fragment magnetosfery. Każdy przelot sond to tysiące punktów danych. Komputerowe algorytmy radzą sobie z tym coraz lepiej, ale nadal łatwo przeoczyć krótkotrwałe, subtelne sygnały świadczące o silnej rekoneksji.
NASA postanowiła więc oddać część tej pracy w ręce ludzi. Projekt Space Umbrella zamienia dane z MMS w zadanie dla tysięcy par oczu – także tych, które nie mają na co dzień nic wspólnego z fizyką kosmosu.
Space Umbrella: każdy może zostać łowcą burz magnetycznych
Nowy projekt to klasyczny przykład nauki obywatelskiej. Zamiast zamykać dane w serwerowniach, NASA udostępnia je w formie prostych wizualizacji. Po krótkim szkoleniu uczestnicy uczą się rozpoznawać, kiedy satelity MMS znajdują się bezpiecznie pod parasolem magnetosfery, a kiedy wlatują w rejony, gdzie tarcza wchodzi w ostrą interakcję z wiatrem słonecznym.
Na ekranie nie widać efektownych zdjęć Ziemi, tylko zestawy wykresów – zmiany pola magnetycznego, gęstości plazmy, kierunku i prędkości cząstek. Z perspektywy naukowca to złoto: tam, gdzie parametry skaczą w charakterystyczny sposób, najczęściej dzieje się rekoneksja, czyli rozszczepienie i ponowne połączenie linii pola magnetycznego.
Wolontariusz ma za zadanie oznaczyć takie fragmenty: wskazać, gdzie zaczyna się burzliwy region, a gdzie kończy. Pojedyncza klasyfikacja może wydawać się drobiazgiem, ale przy tysiącach uczestników buduje się dokładna mapa miejsc, w których magnetosfera przepuszcza najwięcej energii. Według instytutów zaangażowanych w misję MMS, do projektu dołączyło już ponad 1000 osób, które przeanalizowały ponad połowę przygotowanej bazy danych.
Po co NASA szuka dziur w kosmicznym parasolu?
Każda silna rekoneksja to dodatkowy zastrzyk energii w ziemskim środowisku kosmicznym. Ta energia może:
- napędzać burze geomagnetyczne odpowiedzialne za spektakularne zorze polarne,
- wywoływać prądy indukowane w sieciach energetycznych, zwiększając ryzyko awarii,
- zakłócać działanie satelitów, systemów nawigacji i łączności,
- pogarszać warunki promieniowania dla astronautów na orbicie.
Żeby się przed tym bronić, trzeba wiedzieć nie tylko, kiedy nadciąga burza słoneczna, ale też jak zareaguje magnetosfera. To właśnie próbuje uchwycić MMS wraz z armią ochotników – ustalić, gdzie i w jakich warunkach nasza tarcza magnetyczna najczęściej się rozszczelnia.
Przeczytaj także:
Lepsze zrozumienie tych procesów to krok w stronę bardziej precyzyjnej kosmicznej prognozy pogody. W przyszłości dane z takich projektów mogą pomóc operatorom sieci energetycznych, linii lotniczych czy firm satelitarnych w podejmowaniu decyzji, kiedy przełączyć systemy w tryb bezpieczny, kiedy opóźnić start, a kiedy spokojnie pracować dalej.
*Źródło grafiki wprowadzającej: NASA/Johns Hopkins Applied Physics Laboratory
