Našu planétu obklopujú dva obrovské radiačné pásy nazývané Van Allenove radiačné pásy, v ktorých je zachytené korpuskulárne žiarenie. Ide o časticové žiarenie, teda prúd častíc (elektróny, ióny) s nenulovou pokojovou hmotnosťou. Na základe meraní prvej americkej družice Explorer 1 objavil v roku 1958 profesor Van Allen pás radiácie, ktorý obklopuje našu planétu.
Schéma Van Allenových radiačných pásov
Radiačné pásy obsahujú predovšetkým protóny a elektróny, a malé množstvo heliových jadier, minimálne množstvá ťažších častíc (iontov). Rýchlosť a teda energia týchto častíc nie je vysoká - radiačné pásy zachytávajú predovšetkým častice slnečného vetru, ktoré sú relatívne pomalé a majú malú energiu.
Dokopy má Zem tri Van Allenove pásy, ale tretí objavili vedci v roku 2013, pričom tento pás nemusí byť stabilný. Rozprestierajú sa od výšky približne 400 km nad povrchom až do vzdialenosti 50-tisíc km. Tieto radiačné pásy sú tvorene energeticky nabitými časticami, z ktorých väčšina pochádza zo solárneho vetra.
Vplyv Van Allenových pásov
Van Allenove, alebo inak aj radiačné pásy, predstavujú riziko pre satelity na obežnej dráhe Zeme. Tie musia mať najcitlivejšie komponenty chránené, ak strávia v pásoch dostatočne dlhú dobu. Cez Van Allenove pásy prešli aj astronauti programu Apollo.
Nedávne merania ukázali, že tieto častice (presnejšie elektróny) sú v týchto oblastiach urýchľované až na ultra-relativistické rýchlosti, čo môže predstavovať potencionálne nebezpečenstvo pre našu rozrastajúcu sa orbitálnu infraštruktúru, píše web Universe Today.
Samotné Van Allenove pásy sa rozprestierajú od výšky približne 640 kilometrov do vzdialenosti až 58 000 kilometrov nad povrchom Zeme. Oba patria medzi oblasti, v ktorých magnetické pole Zeme zachytáva nabité častice slnečného vetra. Tieto častice, teda elektróny, môžu dosahovať ultra-relativistické energie a letieť takmer rýchlosťou svetla, no touto problematikou sa zaoberali už viaceré štúdie.
Ako dochádza k urýchľovaniu častíc?
V novom výskume publikovanom v žurnále Science Advances sa však skupine vedcov z Nemecka podarilo objasniť ako presne k tomuto urýchľovaniu dochádza. Ako uvádza web Science Daily, už v roku 2020 merania uskutočnené kozmickými sondami Van Allen Probes preukázali, že počas slnečných búrok zohrávajú plazmové vlny, ktoré môžeme chápať ako fluktuácie elektrického a magnetického poľa excitované solárnymi búrkami, rozhodujúcu úlohu pri urýchľovaní častíc na relativistické energie. Doteraz však nebolo jasné, prečo sa také vysoké energie elektrónov nedosahujú pri každej jednej solárnej búrke.
Tak ako v predchádzajúcich štúdiách, aj v tejto zohrali dôležitú úlohu údaje práve z Van Allenových sond. To priamo súsiví s faktom, že vo svete elektrónov sa plazma môže správať ako akási zábrana, alebo tlmiaca sila, cez ktorú sa elektróny oveľa ťažšie pretlačia. Bez plazmy však magnetosféra môže naďalej vyvíjať silu na elektrón, ktorá ho dokáže akcelerovať až na ultra-relativistické rýchlosti.
Nové informácie sú dôležité najmä kvôli hrozbe, ktorú môžu relativistické elektróny predstavovať pre satelity a inú orbitálnu infraštruktúru.
Vedci z Helmholtz-Zentrum v nemeckom Postupime objavili existenciu novej populácie častíc vo Van Allenových pásoch. Na základe misie Van Allen z roku 2019 vedci objavili mimoriadne nezvyčajné prstence, ktoré môžu vo vesmíre ostať celé mesiace, no potom náhle zmiznú. Hoci prstence objavili pred troma rokmi, až nedávno sa podarilo zistiť ich pôvod.
Plazmové vlny sú periodické fluktuácie magnetických a elektrických polí. „Tieto častice akoby surfujú na plazmových vlnách a získavajú energiu. Zároveň dodáva, že takéto interakcie existujú jedine v plazme a spôsobuje ich takzvané kolektívne správanie. Náhle zmiznutie zvláštnych prstencov uprostred radiačných pásov môže spôsobiť interakcia s vlnami, ktoré častice rozptýlia do zemskej atmosféry.
Za ultrarelativistické sa považujú častice, ktoré letia rýchlosťou svetla, sú sporadicky excitované a občas aj náhle zmiznú. Ide o elektróny s najvyššou energiou a ako ultrarelativistické sa označujú preto, lebo relativistické efekty sú pri týchto časticiach veľmi výrazné.
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Rozsah Van Allenových pásov | 640 km - 58 000 km nad povrchom Zeme |
| Zloženie | Protóny, elektróny, heliové jadrá |
| Rýchlosť častíc | Relativistické (blízko rýchlosti svetla) |
| Riziko | Poškodenie satelitov a orbitálnej infraštruktúry |
NASA pripúšťa, že ľudia nemôžu prejsť cez nebezpečné Van Allenove pásy
Objav radiačných pásov mimo slnečnej sústavy
Výskumníkom z University of Valencia sa v novej štúdii podarilo po prvýkrát zachytiť obraz radiačných pásov okolo objektu za hranicami našej Slnečnej sústavy. Objavili ich okolo hnedého trpaslíka, objektu, ktorý sa vo vedeckej komunite označuje aj ako „nepodarená hviezda“. Hnedé trpaslíky sú gigantické plynné svety. Chýbalo im len malé postrčenie.
Umelecká predstava hnedého trpaslíka
Hnedým trpaslíkom okolo ktorého objavili radiačné pásy je LSRJ1835. Tento objekt je špecifickým sám o sebe. Radí sa k takzvaným „ultrachladným trpaslíkom“, teda kozmickým objektom s veľmi malou hmotnosťou. Aj v tomto prípade astronómovia odhalili energetické častice, ktoré boli uväznené v magnetickom poli objektu. Zaznamenaná štruktúra sa podobá na naše Van Allenove pásy, no iba s tým rozdielom, že je niekoľkonásobne väčšia.
„Hoci je oveľa väčší a energetickejší, radiačný pás okolo LSRJ1835 sa zarážajúco podobá na tie naše alebo Jupiterove. Radiačné pásy okolo hnedého trpaslíka sú desaťkrát väčšie ako Jupiterove a približne miliónkrát silnejšie. Hnedý trpaslík má 60-násobne vyššiu hmotnosť ako Jupiter a rotuje trikrát rýchlejšie, čo prispieva ku vzniku naozaj intenzívneho magnetického poľa.
Polárne žiary v tomto prípade uvoľňujú veľmi koncentrovanú teplotu pri vysokých teplotách. To vytvára rádiové emisie približne 10-krát väčšie ako celkové emisie hnedého trpaslíka. Astronómovia majú v rukách úplne prvý jasný záber tejto polárnej žiary. Autori štúdie odhalili súčasne nielen radiačný pás, ale aj spomenutú polárnu žiaru. Radiačný pás a auroru zachytila sieť VLBI (pozn. redakcie. Very Long Baseline Interferometry).
Úspech siete vedcom ukazuje, že prístroje novej generácie, ako napríklad Square Kilometre Array, by sa mohli vydať rovnakým smerom a priniesť ešte lepšie výsledky. Hnedý trpaslík LSRJ1835 je veľmi malým objektom ležiacim od nás 18-svetelných rokov. Nová populácia častíc sa vyznačuje naozaj netradičnými charakteristikami.