Mokslininkams jau žinoma, kad Žemę supa du riestainio formos žiedai, vadinamosios Van Alleno spinduliuotės juostos. O tarp šių riestainių yra neseniai aptiktas praktiškai neįveikiamas barjeras, sulaikantis pačius greičiausius ir energingiausius elektronus bei neleidžiantis jiems patekti į Žemę.
Mokslininkams jau žinoma, kad Žemę supa du riestainio formos žiedai, vadinamosios Van Alleno spinduliuotės juostos. O tarp šių riestainių yra neseniai aptiktas praktiškai neįveikiamas barjeras, sulaikantis pačius greičiausius ir energingiausius elektronus bei neleidžiantis jiems patekti į Žemę.
Van Alleno juostos – tai krūvį turinčių dalelių debesys, kuriuos vienoje vietoje išlaiko Žemės magnetinis laukas. Jos gali išlikti ir susilpnėti slegiamos Saulės energijos, kartais jos pasislenka tiek, kad net atidengia žemoje orbitoje besisukančius palydovus žalingai Saulės spinduliuotei. O tarp šių juostų JAV kosmoso agentūros NASA 2012 metų rugpjūtį paleisti Van Alleno zondai aptiko kosminį dreną. Apie tai NASA mokslininkai parašė straipsnį, kurį lapkričio 27 d. publikavo recenzuojamas mokslinis žurnalas „Nature“.
„Ultra-greitų elektronų barjeras yra išskirtinė juostų savybė. Pirmą kartą turime galimybę jį ištirti, nes niekada iki šiol neturėjome tokių tikslių didelės energijos elektronų matavimo duomenų“, – sakė pirmasis tyrimo autorius, Kolorado universiteto (JAV) mokslininkas Danas Bakeris.
Mokslininkai, supratę, dėl ko Van Alleno riestainių forma yra tokia, kokia yra ir kas gali keisti jų formą, galėtų prognozuoti pasikeitimus, o prognozės savo ruožtu leistų apsaugoti palydovus nuo nepageidaujamų gedimų.
Van Alleno juostos buvo pats pirmas mokslinis kosmoso amžiaus atradimas: jos išmatuotos dar 1958 metais, paleidus JAV palydovą „Explorer 1“. Vėlesniais dešimtmečiais mokslininkai sužinojo, kad dviejų juostų dydžiai gali keistis, šios juostos gali net susijungti ar skilti į tris. Bet įprastai vidinė juosta apie Žemę tvyro nuo 650 iki beveik 10 000 km nuo Žemės paviršiaus, o išorinė o nuo 13 500 iki 58 000 km nuo Žemės paviršiaus.
Tarp šių juostų tvyro santykinai tuščia kosmoso erdvė. Bet kodėl tos juostos nesusilieja? Dėl ko tarp juostų yra erdvė be elektronų?
Štai čia ir atsiranda neseniai atrastas Žemės skydas. Van Alleno zondu duomenys rodo, kad vidinis išorinės juostos pakraštys yra labai aiškiai apibrėžtas. Patiems greičiausiems, didžiausios energijos elektronams tai yra aiški riba, kurios įprastinėmis sąlygomis jie kirsti negali.
„Vertinant pačius energingiausius elektronus nustatėme, kad jie iki Žemės gali priartėti tik tam tikru atstumu. Tai yra visiška nauja. Be jokios abejonės mes to nesitikėjome“, – sakė Van Alleno zondų misijos vado pavaduotojas Shri Kanekalas, dirbantis NASA Goddardo kosminių skrydžių centre.
Mokslininkai nusprendė ieškoti priežasčių. Jie nustatė, kad barjero priežastis nėra žmonių generuojami signalai. Taip pat buvo ieškoma ir fizinių priežasčių. Galbūt ribą sukuria pati magnetinio lauko forma? Atlikę papildomų tyrimų mokslininkai šią galimybę atmetė. O kaip dėl kitų kosminių dalelių sudaromo barjero? Ši teorija pasirodė labiau įtikinama.
Spinduliuotės juostos – ne vienintelės Žemę juosiančios iš dalelių sudarytos struktūros. Didžiąją dalį labiausiai nuo Žemės nutolusios atmosferos dalies (plazmosferos) sudaro gigantiškas santykinai vėsių, krūvį turinčių dalelių debesis, prasidedantis maždaug 1000 km aukštyje nuo Žemės paviršiaus ir dalinai besitęsiantis iki Van Alleno išorinės juostos. Plazmosferos išorinio pakraščio dalelės sukelia išorinės Van Alleno juostos vidinio pakraščio dalelių išsitaškymą – tos dalelės yra išsklaidomos nuo juostos.
Toks išsklaidymo efektas yra ganėtinai silpnas, galbūt jo nepakaktų sulaikyti elektronams ties išoriniu pakraščiu, bet čia suveikia kosminės geometrijos keistenybės. Van Alleno juostos elektronai juda neįtikėtinai greitai, bet ne link Žemės. Jie juda milžiniškomis kilpomis aplink Žemę. Van Alleno zondų duomenys rodo, kad Žemės kryptimi patys greičiausi ir energingiausi elektronai praktiškai nejuda – nebent dreifuoja labai lėtai, taip, kad tai būtų pastebima vertinant mėnesių masteliu. Tas judėjimas yra toks lėtas ir silpnas, kad nuo jo gali apsaugoti ir plazmosferos dalelių sukeliamas išsklaidymas.
O tai padeda paaiškinti dėl ko esant pačioms ekstremaliausioms sąlygoms, kai pradeda pūsti itin stiprus Saulės vėjas ar įvyksta gigantiškas Saulės pliūpsnis, išmetantis didžiulius Saulės materijos kiekius į Žemės pusę, išorinės Van Alleno juostos elektronai gali būti nustumti į paprastai tuščią erdvę tarp juostų.
„Išsklaidymas dėl plazmopauzės yra pakankamai stiprus, kad susidarytų siena ties išorinio Van Alleno žiedo vidiniu pakraščiu. Bet stiprus Saulės vėjas gali šia plazmosferos ribą pastumti gilyn, arčiau Žemės“, – aiškino D. Bakeris.
Galingas Saulės išmestos medžiagos srautas gali eroduoti išorinę plazmosferą, perstumti jos ribą arčiau Žemės ir suteikti galimybę pačioms Van Alleno juostoms pasislinkti arčiau Žemės.
