Οι ερευνητές βρίσκουν ενδείξεις για το πώς αρχίζει η επικίνδυνη ακτινοβολία χώρου
Οι επιστήμονες προσομοίωσαν τις ηλιακές εκρήξεις και την επακόλουθη επιτάχυνση των φορτισμένων σωματιδίων στην ηλιακή κορώνα με υπερσύγχρονες προσομοιώσεις υπερυπολογιστών. Διαπίστωσαν ότι ο μηχανισμός επιτάχυνσης απαιτεί συγκεκριμένες συνθήκες στον ηλιακό άνεμο. Ο ηλιακός άνεμος είναι μια συνεχής εκροή φορτισμένων σωματιδίων από τον Ήλιο.
Όταν η ταχύτητα του ηλιακού ανέμου είναι μεταξύ περίπου 500 και 650 χιλιομέτρων (310 και 404 μίλια) ανά δευτερόλεπτο και υπάρχουν μεγάλες περιοχές στον ήλιο με ισχυρά μαγνητικά πεδία που σπρώχνουν μέσα από την επιφάνεια, οι συνθήκες είναι κατάλληλες για τον μηχανισμό επιτάχυνσης να αρχίσει να λειτουργεί.
Οι παρατηρήσεις των επιστημόνων θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων μοντέλων διαστημικών καιρικών συνθηκών που προβλέπουν επιβλαβής ακτινοβολία χώρου με επαρκή χρόνο για την προστασία των αστροναύτες που εργάζονται έξω από τη μαγνητική ασπίδα της Γης. Η ακτινοβολία του χώρου είναι ένας σημαντικός κίνδυνος για την υγεία για τους αστροναύτες και αποτελεί σημαντική πρόκληση για τις ανθρώπινες αποστολές στο φεγγάρι και τον Άρη.
Τα ευρήματα της ερευνητικής ομάδας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό _Physical Review Letters_.
"Όταν οι αστροναύτες ταξιδεύουν έξω από την προστατευτική μαγνητόσφαιρα της Γης, εκτίθενται σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας χώρου", δήλωσε ο Δρ. Vassilis Angelopoulos, οι αποφοίτοι διακρίνουν τον προπτυχιακό καθηγητή στο Τμήμα Φυσικής στο NC State και τον αντίστοιχο συγγραφέα της μελέτης. "Μεγάλο μέρος αυτής της ακτινοβολίας παίρνει τη μορφή εξαιρετικά ενεργητικών πρωτονίων. Ωστόσο, παρά τις δεκαετίες έρευνας, εξακολουθούμε να μην κατανοούμε πλήρως τους φυσικούς μηχανισμούς που επιταχύνουν αυτά τα πρωτόνια σε τέτοιες υψηλές ενέργειες".
Οι αστροφυσικοί πιστεύουν ότι η επιτάχυνση πιθανότατα συμβαίνει στην ηλιακή κορώνα - την εξωτερική ατμόσφαιρα του ήλιου - και ότι πρέπει να εμφανιστεί σταδιακά επειδή καμία μεμονωμένη διαδικασία δεν μπορεί να επιταχύνει τα πρωτόνια σε ενέργειες που παρατηρούνται κοντά στη Γη. Το επικρατούσα σενάριο είναι ότι τα πρωτόνια αποκτούν μια σημαντική ποσότητα ενέργειας πολύ κοντά στον ήλιο μέσω της επανασύνδεσης των γραμμών μαγνητικού πεδίου-μια διαδικασία που ονομάζεται μαγνητική επανασύνδεση-και στη συνέχεια επιταχύνεται περαιτέρω από έναν μηχανισμό που είναι άγνωστος κάπου στην εσωτερική ηλιοόσφαιρα-η περιοχή μεταξύ του ήλιου και της γης.
Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι αυτά τα ενεργειακά γεγονότα φαίνεται να σχετίζονται με ηλιακές εκρήξεις που περιλαμβάνουν λεγόμενες εκτοξεύσεις μάζας στεφανιαίας (CMES). Ωστόσο, τα CMEs είναι επίσης πανταχού παρόντα φαινόμενα που συμβαίνουν όλη την ώρα, αλλά πολύ λίγα από αυτά - μόνο περίπου 1% - να προχωρήσουν στην παραγωγή επικίνδυνης ακτινοβολίας.
"Αυτό δείχνει ότι μόνο οι CMEs δεν μπορούν να είναι υπεύθυνα για την επιτάχυνση", δήλωσε ο Αγγελοπουλός. "Πρέπει να υπάρχει κάτι περισσότερο, ορισμένες συγκεκριμένες συνθήκες που οδηγούν στην έναρξη της διαδικασίας επιτάχυνσης των σωματιδίων".
Λοιπόν, ποιες είναι αυτές οι συγκεκριμένες συνθήκες;
Η ερευνητική ομάδα πραγματοποίησε μια εκτεταμένη σειρά προσομοιώσεων που βασίζονται στη φυσική με μοντέλα υπερσυμπιεστή υπερυπολογιστών των ηλιακών εκρήξεων, συμπεριλαμβανομένων των CMEs. Διαπίστωσαν ότι η επιτάχυνση των πρωτονίων υψηλής ενέργειας αρχίζει όταν ο ηλιακός άνεμος βρίσκεται σε συγκεκριμένο φάσμα ταχύτητας και υπάρχουν μεγάλες περιοχές στον ήλιο με ισχυρά μαγνητικά πεδία που διαπερνούν την ηλιακή επιφάνεια.
"Το Solar Corona είναι γεμάτο μαγνητικά πεδία και εδώ και πολύ καιρό υποψιαζόμαστε ότι τα μαγνητικά πεδία διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στη διαδικασία επιτάχυνσης", δήλωσε ο Δρ Xiaowei Wang, πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Φυσικής στο NC State και επικεφαλής συγγραφέας του εγγράφου. "Αλλά τα μαγνητικά πεδία πρέπει να είναι δομημένα με τον σωστό τρόπο-όπως ένα σφύριγμα πλήρως τεντωμένο σε όλο τον ήλιο.
Όταν υπάρχουν τέτοιες ευνοϊκές συνθήκες, η μαγνητική επανασύνδεση μπορεί να γίνει πολύ γρήγορη. Αυτό, με τη σειρά του, μπορεί να αναδιαρθρώσει γρήγορα τα μαγνητικά πεδία με τέτοιο τρόπο ώστε τα ηλεκτρικά πεδία να επιταχύνουν τα πρωτόνια σε υψηλές ενέργειες.
Τα μοντέλα διαστημικών καιρικών συνθηκών μπορούν ενδεχομένως να προβλέψουν την εμφάνιση και τους χρόνους άφιξης των γεγονότων πρωτονίων υψηλής ενέργειας στη Γη εάν μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τις συνθήκες ηλιακού ανέμου και τη δομή μαγνητικού πεδίου μεγάλης κλίμακας στον ήλιο. Η ανάπτυξη μοντέλων διαστημικών καιρικών συνθηκών με αυτή την ικανότητα είναι προκλητική αλλά εφικτή και η έρευνα στην ομάδα του Αγγελοπουλού συνεχίζει προς την κατεύθυνση αυτή.
