2009.10.06. - Kozmikus vihar tombol a Naprendszerben

A NASA ACE mesterséges holdjának legújabb mérései szerint a kozmikus sugárzás jelenlegi intenzitása majdnem húsz százalékkal haladja meg az elmúlt 50 év során mért legmagasabb értéket is.

A NASA ACE (Advanced Composition Explorer) mesterséges holdjának legújabb mérései alapján az űrkorszak elmúlt ötven esztendeje alatt soha nem volt olyan magas a Földet bombázó kozmikus sugárzás intenzitása, mint jelenleg. A növekedés a 2008-as - addigi legmagasabb - értékhez képest is majdnem húsz százalékos. Richard Mewaldt (Caltech) szerint az emelkedés szignifikáns, s arra kényszeríthet bennünket, hogy újragondoljuk a jövő űrmisszióiban résztvevő asztronauták sugárvédelmének problémáját.

Az intenzitásnövekedés egyértelmű oka a 2007-ben kezdődött, s még ma is tartó nagyon mély naptevékenységi minimum. A kutatók azt már régóta tudják, hogy ilyenkor a kozmikus sugárzás intenzitása megnövekszik, a Nap jelenlegi aktivitása azonban olyan csekély, amilyen a modern időkben még nem volt, így a helyzet ideális a - Mewaldt szavaival - tökéletes kozmikus viharhoz.

A nagyenergiájú vasmagok számának alakulása a NASA ACE mesterséges holdjának CRIS (Cosmic Ray Isotope Spectrometer) műszerével mért adatok alapján. 2009-ben az intenzitás az űrkorszak legmagasabb, a korábbi maximumot ötödével meghaladó értékre ugrott.
[Richard Mewaldt/Caltech]

A galaktikus kozmikus sugárzás a Naprendszeren kívülről érkezik. A plazmaáram szubatomi részecskéit (főleg protonok) és a ritkábban előforduló mehéz magokat a távoli szupernóva-robbanások energiája gyorsítja közel fénysebességre. Amikor ezek a részecskék a Föld légkörének molekuláival találkoznak, a kölcsönhatások következtében másodlagos részecskék szintén nagyenergiájú árama (kaszkád) generálódik, ez pedig közvetlen veszélyt jelent a Föld körüli térségben dolgozó asztronautákra. Ne felejtsük el azonban, hogy akár egyetlen részecske is tönkretehet egy műholdat, vagy akár végzetes problémát is okozhat, ha szerencsétlenül talál el például egy integrált áramkört.

A kívülről támadó nagyenergiájú részecskeárammal szemben az első védelmi vonalunk a Nap mágneses mezeje. Az egész Naprendszer, a Merkúrtól a Plútóig, s azon is túl az ún. helioszférában található. Ennek a mágneses buboréknak a forrása a Nap belsejében működő dinamó, naprendszernyit is meghaladó méretre pedig a Napból kiáramló részecskék (napszél) fújják fel. A kozmikus sugárzás részecskéinek először át kell jutniuk a helioszféra külső rétegein, majd meg kell küzdeniük a belső területek erősebb mágneses terével, ami szétszórni igyekszik őket. Csekély napaktivitás esetén ez a természetes védőpajzs meggyengül, s a kozmikus sugárzás részecskéi nagyobb arányban érik el a Naprendszer belső régióit.

Fantáziarajz a Naprendszert a kozmikus sugárzástól védő helioszféra szerkezetéről.
[Richard Mewaldt/Caltech]

Mewaldt a jelenlegi naptevékenységi minimum három aspektusát említi, melyek kombinációja hozzájárul a kozmikus vihar erősítéséhez.

1. A Nap mágneses tere gyenge. A bolygóközi mágneses tér erőssége a szokásos 6-8 nanotesla helyett csak 4 nT. Ez a minden eddiginél kisebb érték kétséget kizáróan hozzájárul a kozmikus sugárzás kiugróan magas fluxusához.

2. A napszél intenzitása szintén nagyon alacsony. Az Ulysses szonda mérései alapján torlónyomása az elmúlt 50 év során nem volt a maihoz hasonlóan kicsi, így a mágneses védőbuborék kiterjedése is jóval kisebb a szokásosnál, azaz a kintről érkező részecskéknek rövidebb, számukra veszélyes utat kell megtenni, hogy bejussanak a Naprendszer belsejébe.

3. Mivel a napszéllel kifele sodródó mágneses erővonalak vége a Nap felszínéhez kapcsolódik, csillagunk rotációja miatt a tér spirálisan felcsavarodik, így a Naprendszer külső tartományaiban az erővonalak már közel merőlegesek a Nap irányára. Az a felület, amelyen a mágneses polaritás éppen északiról délire vált, egy pörgő táncosnő feltekeredett szoknyájának fodraihoz hasonlít (matematikailag arkhimédeszi spirális). A naptevékenység gyengülésével ezek a fodrok egyre jobban kisimulnak, ez pedig azért fontos, mert a kozmikus sugárzás részecskéi ezeket a hullámokat követik. Ha tehát teljesen ellaposodnak, a nagyenergiájú részecskék szinte akadálytalanul hatolhatnak be a belső tartományokba. Mewaldt szerint a folyamat végén akár 30 százalékos intenzitásnövekedés is bekövetkezhet a korábbi maximális fluxushoz képest.

A Nap rotációja miatt mágneses terének erővonalai dugóhúzószerűen feltekerednek (Parker-spirál). Az a felület, ahol éppen változik a mágneses polaritás, egy forgó táncosnő repülő szoknyájának fodraihoz hasolít.
[J.R. Jokipii, University of Arizona]

A Föld maga azonban nincs veszélyben az extra intenzitás miatt, ugyanis saját mágneses tere az atmoszférájával együtt elegendő védelmet nyújt a bioszféra számára a kozmikus sugarakkal szemben. A jelenlegi magas intenzitás még az írott történelem mindössze évezredes időskáláján sem kiugró, ugyanis évszázadokkal ezelőtt a fluxus legalább 200 százalékkal nagyobb volt a mainál. Ezt onnan lehet tudni, hogy a légkörben a nagyenergiájú részecskék hatására 10-es tömegszámú berillium izotópok keletkeznek, melyeket a sarki jég megőrzött. A jégből vett minták vizsgálatával megállapítható arányuk alapján a sugárzás fluxusa több, mint ezer évre visszamenőleg megbecsülhető. Mewaldt szerint tehát a modern korban eddig viszonylag alacsony intenzitással éltünk együtt, de lehet, hogy ez éppen most van visszatérőben a korábbi századok szintjére.

Forrás:

• NASA News 2009.09.28.