Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τις μικροαναταράξεις που είδε ο Cluster. Πίστωση εικόνας: ESA Κάντε κλικ για μεγέθυνση
Χάρη στις μετρήσεις της αποστολής Cluster της ESA, μια ομάδα Ευρωπαίων επιστημόνων εντόπισε μικροδίνες στη μαγνητόσφαιρα της Γης.
Τέτοιες αναταράξεις δίνης μικρής κλίμακας, η ύπαρξη των οποίων είχε προβλεφθεί μέσω μαθηματικών μοντέλων, δεν έχει παρατηρηθεί πριν στο διάστημα. Τα αποτελέσματα δεν σχετίζονται μόνο με τη διαστημική φυσική, αλλά και για άλλες εφαρμογές όπως η έρευνα για την πυρηνική σύντηξη.
Στις 9 Μαρτίου 2002, οι τέσσερις δορυφόροι Cluster, που πετούσαν σε τετραεδρικό σχηματισμό σε απόσταση 100 χιλιομέτρων ο ένας από τον άλλο, διέσχιζαν το βόρειο ?μαγνητικό άκρο? όταν έκαναν την ανακάλυψή τους. Τα μαγνητικά άκρα είναι οι περιοχές πάνω από τους μαγνητικούς πόλους όπου οι γραμμές μαγνητικού πεδίου που περιβάλλουν τη Γη σχηματίζουν μια μαγνητική χοάνη.
Τα μαγνητικά άκρα είναι οι δύο σημαντικές περιοχές στη μαγνητόσφαιρα της Γης όπου ο ηλιακός άνεμος; – μια σταθερή ροή φορτισμένων σωματιδίων που παράγονται από τον Ήλιο που διασχίζει ολόκληρο το Ηλιακό Σύστημα – μπορεί να έχει άμεση πρόσβαση στο ανώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης (την ιονόσφαιρα).
Μεγάλες ποσότητες πλάσματος (ένα αέριο φορτισμένων σωματιδίων) και ενέργειας μεταφέρονται μέσω αυτών και άλλων ?προσβάσιμων? περιοχές, για να διεισδύσει στη μαγνητόσφαιρα – τη φυσική προστατευτική ασπίδα της Γης. Μόνο λιγότερο από το ένα τοις εκατό όλης της ενέργειας που μεταφέρεται από τον ηλιακό άνεμο και χτυπά τη γήινη μαγνητόσφαιρα καταφέρνει να περάσει κρυφά, αλλά εξακολουθεί να έχει σημαντικό αντίκτυπο σε γήινα συστήματα, όπως τα δίκτυα τηλεπικοινωνιών και τα καλώδια ηλεκτρικής ενέργειας.
Το ηλιακό υλικό που εισχωρεί κρυφά δημιουργεί αναταράξεις στο πλάσμα που περιβάλλει τη Γη, παρόμοια με αυτή στα υγρά, αλλά με πιο πολύπλοκες δυνάμεις. Τέτοιοι στροβιλισμοί δημιουργούνται για παράδειγμα στις περιοχές μετάβασης μεταξύ στρωμάτων πλάσματος διαφορετικής πυκνότητας και θερμοκρασίας, αλλά οι μηχανισμοί σχηματισμού του δεν είναι ακόμη εντελώς ξεκάθαροι.
Οι αναταράξεις υπάρχουν σε διαφορετικές κλίμακες, από μερικές χιλιάδες έως λίγα χιλιόμετρα. Με in situ ?multi-point? μετρήσεις, οι τέσσερις δορυφόροι Cluster ανέφεραν το έτος 2004 την ύπαρξη αναταράξεων μεγάλης κλίμακας – δίνες πλάτους έως και 40 000 χιλιομέτρων, στο πλάι της ?magnetopause? (ένα οριακό στρώμα που χωρίζει τη μαγνητόσφαιρα από τον ελεύθερο χώρο). Η νέα ανακάλυψη του ?micro? Οι αναταράξεις, με δίνες πλάτους μόνο 100 χιλιομέτρων, είναι για πρώτη φορά στη μελέτη του πλάσματος που περιβάλλει τη Γη.
Cluster: ένα πρωτοφανές διαγνωστικό εργαλείο
Μια τέτοια ανακάλυψη είναι πολύ σχετική. Για παράδειγμα, επιτρέπει στους επιστήμονες να αρχίσουν να συνδέουν αναταράξεις μικρής και μεγάλης κλίμακας και να αρχίσουν να αναρωτιούνται πώς σχηματίζεται στην πραγματικότητα και ποιες είναι οι συνδέσεις. Για παράδειγμα, ποιοι είναι οι βασικοί μηχανισμοί που οδηγούν και διαμορφώνουν τις αναταράξεις; Πόσο συμβάλλουν οι δίνες στη μεταφορά μάζας και ενέργειας μέσω των οριακών στρωμάτων; Χρειάζονται μικρές δίνες για τη δημιουργία μεγάλων; Ή, από την άλλη, οι μεγάλες δίνες διαλύουν την ενέργειά τους και δημιουργούν έναν καταρράκτη μικρότερων;
Προσπαθώντας να απαντήσει σε αυτά τα ερωτήματα, το Cluster είναι ένα άνευ προηγουμένου διαγνωστικό εργαλείο για τον πρώτο τρισδιάστατο χάρτη του περιβάλλοντος κοντά στη Γη, με την εξαιρετικότητά του να δίνεται από τις ταυτόχρονες παρατηρήσεις πολλαπλών διαστημικών σκαφών. Το σύμπλεγμα φέρνει επανάσταση στην κατανόησή μας για τους τρόπους και τους μηχανισμούς με τους οποίους η ηλιακή δραστηριότητα επηρεάζει τη Γη.
Επιπλέον, η μελέτη του Cluster σχετικά με τις αναταράξεις στο πλάσμα της Γης, με τη δυναμική και τις ενέργειες που εμπλέκονται, συμβάλλει στην προώθηση θεμελιωδών θεωριών για το πλάσμα. Αυτό δεν είναι σημαντικό μόνο στην αστροφυσική, αλλά και όσον αφορά την κατανόηση και το χειρισμό του πλάσματος στα εργαστήρια, δεδομένων των υψηλών ενεργειών που εμπλέκονται. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την έρευνα για την πυρηνική σύντηξη.
Για παράδειγμα, τα δεδομένα του Cluster συμπληρώνουν την έρευνα για τη φυσική του πλάσματος στο διεθνές έργο ITER, ένα πειραματικό βήμα που περιλαμβάνει πολλά ερευνητικά ινστιτούτα σε όλο τον κόσμο για τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας του αύριο. Από αυτή την άποψη, διερευνώντας τη μαγνητόσφαιρα, το Cluster έχει ελεύθερη πρόσβαση στο μοναδικό ανοιχτό «φυσικό εργαστήριο». για τη μελέτη της φυσικής του πλάσματος.
Αρχική πηγή: Πύλη ESA