Kompresja magnetosfery pod wpływem flar słonecznych

Kompresja magnetosfery pod wpływem flar słonecznychOriginal Press Release
Astronomowie odkryli, że ekstremalne okresy aktywności Słońca prowadzą do drastycznej kompresji magnetosfery oraz wpływają na zmianę składu jonów w przestrzeni kosmicznej wokół Ziemi.

Próba analizy tak dużych zjawisk fizycznych za pomocą pojedynczego satelity to jak próba przewidzenia efektów tsunami z wykorzystaniem pojedynczej boi

Matt Taylor

W normalnych warunkach orbity satelitów GPS znajdują się wewnątrz magnetosfery – ochronnego magnetycznego bąbla wytworzonego przez ziemskie pole magnetyczne. W czasie wzrostu aktywności słonecznej magnetosfera zmienia się w znaczący sposób: zostaje ściśnięta wystawiając satelity na wyższe dozy promieniowania jonizującego, które może wpływać na odbiór sygnału i uszkadzać obwody elektroniczne.

Większa aktywność słoneczna wpływa również na inne satelity. Dlatego monitorowanie i przewidywanie jej wpływu jest coraz istotniejsze dla bezpieczeństwa mieszkańców Ziemi. Jednym ze sposobów badania tego wpływu jest analizowanie zjawisk fizycznych zachodzących w bliskiej przestrzeni kosmicznej. W czasie dwóch ekstremalnych wyrzutów materii (CME), które miały miejsce 21 stycznia 2005 roku i 13 grudnia 2006 roku satelity Cluster i Double Star znalazły się w dogodnym położeniu by wykonać pomiary zachodzących zjawisk. Przeprowadziły w tym czasie skoordynowane pomiary odpowiedzi magnetosfery na CME.

W trakcie obu flar zaobserwowano, iż prędkość dodatnio naładowanych cząstek wiatru słonecznego przekroczyła 900 km/sek – dwukrotnie więcej niż ich normalna prędkość. Dodatkowo liczba naładowanych cząstek wzrosła w okolicach Ziemi pięciokrotnie. Ponadto pomiary wykonane w styczniu ukazały znaczące zmiany w składzie jonów. Efektem była silna kompresja magnetosfery – promień magnetosfery po stronie Słońca, zwykle wynoszący 60 000 km został ściśnięty do 25 000 km.

Drugi z CME – w grudniu 2006 roku – wyzwolił ponadto znaczącą ilość promieniowania rentgenowskiego wraz ze znaczną ilością cząstek. Efektem była utrata sygnału GPS na powierzchni Ziemi.

Typowe struktury jonowe w przestrzeni wokół Ziemi zostały rozmyte przez strumień cząstek o wysokiej energii wpływający do magnetosfery. Struktury te, które powstały wcześniej w obszarach prądów pierścieniowych ponad regionami równikowymi normalnie występują po przeciwnych stronach Ziemi. Jednocześnie pomiary wykazały wzrost natężenia prądów pierścieniowych.

Około pięć godzin po tym, jak CME dotarło do ziemskiej magnetosfery satelity Double Star zarejestrowały penetrację promieniowania słonecznego po stronie nocnej. Promieniowanie takie jest niebezpieczne zarówno dla astronautów jak i elektroniki na pokładzie satelitów.

„Dzięki tak szczegółowym obserwacjom będziemy lepiej mogli zrozumieć zjawisko i tworzyć lepsze przewidywania tego co dzieje się z wewnętrznym obszarem magnetosfery podczas dużych eksplozji na powierzchni Słońca „- mówi Iannis Dandouras, główny autor publikacji prezentujących wyniki w Advances in Space Research.

„Próba analizy tak dużych zjawisk fizycznych za pomocą pojedynczego satelity to jak próba przewidzenia efektów tsunami z wykorzystaniem pojedynczej boi” – dodaje Matt Taylor, naukowiec ESA. -” Dzięki satelitom Cluster i Double Star monitorowaliśmy jednocześnie obie strony Ziemi uzyskując cenne dane z obszaru magnetosfery.”

Źródło:

Watching solar activity muddle Earth’s magnetic field

Scientists have found that extreme solar activity drastically compresses the magnetosphere and modifies the composition of ions in near-Earth space. They are now looking to model how these changes affect orbiting satellites, including the GPS system.

The results were obtained from coordinated in-situ measurements performed by ESA’s four Cluster satellites along with the two Chinese/ESA Double Star satellites.

Under normal solar conditions, GPS satellites orbit within the magnetosphere—the protective magnetic bubble carved out by Earth’s magnetic field. But when solar activity increases, the picture changes significantly: compressed and particles become energized, exposing satellites to higher doses of radiation that can perturb signal reception. 

Such increased solar activity affects all satellites, not only the GPS system. This is why monitoring and forecasting its impact on near-Earth space is becoming increasingly critical to safeguarding daily life on Earth. One way to do this is by studying the physics of near-Earth space and observing the impact of such activity in time.

During two extreme solar explosions, or solar flares, on 21 January 2005 and 13 December 2006, the Cluster constellation and the two Double Star satellites were favourably positioned to observe the events at a large scale. The satellites carried out coordinated measurements of the response of the magnetosphere to these events.

During both events, the velocity of positively charged particles in the solar wind was found to be higher than 900 km/s, more than twice their normal speed. In addition, the density of charged particles around Earth was recorded as five times higher than normal. The measurements taken in January 2005 also showed a drastic change in ion composition.

These factors together caused the magnetosphere to be compressed. Data show that the ‘nose’ of the dayside magnetopause (the outer boundary of the magnetosphere), usually located about 60 000 km from Earth, was only 25 000 km away.

The second explosion in December 2006 released extremely powerful high-energy X-rays followed by a huge amount of mass from the solar atmosphere (called a coronal mass ejection). During the event, GPS signal reception on ground was lost.

Typical nose-like ion structures in near-Earth space were washed out as energetic particles were injected into the magnetosphere. These nose-like structures, that had formed earlier in the ‘ring current’ in the equatorial region near Earth, were detected simultaneously on opposite sides of Earth. Measurements of the ring current showed that its strength had increased.

About five hours after the coronal mass ejection hit Earth’s magnetosphere, a Double Star satellite observed penetrating solar energetic particles on the night side. These particles are hazardous to astronauts as well as satellites.

    “With these detailed observations, we’ll be able to plug in data and better estimate what happens to the inner magnetosphere and near-Earth space during such explosions on the Sun”, said Iannis Dandouras, lead author of the results published recently, and Principal Investigator of the Cluster Ion Spectrometer.

“Looking at such a large-scale physical phenomena with a single satellite is akin to predicting the impact of a tsunami with a single buoy,” added Matt Taylor, ESA’s Project Scientist for Cluster and Double Star. “With Cluster and Double Star we have monitored both sides of Earth simultaneously, and obtained valuable in-situ data.”

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *