1. oldal

Széles körben ismert tény, hogy a bolygónkat körülvevő ózonréteg kulcsszerepet játszik a Nap ultraibolya sugarai elleni védelemben. Ha ez a védőréteg nem létezne, az erős sugárzás miatt a földi felszín valószínűleg éppolyan viharvert és élettelen lenne, mint a Mars tájai. Az ózonréteg azonban szerencsénkre nem az egyetlen tagja a Földet körülölelő összetett védőpajzsnak, mivel nem az ultraibolya sugarak jelentik az egyedüli veszélyforrást az általunk ismert életformákra.

Az ózonrétegen túl egy összetett gyűrűrendszer található, amelynek elemeit a bolygó mágneses tere tartja a helyükön. A Van Allen sugárzási övezetet nagyenergiájú töltött részecskék építik fel, és a régió gyakorlatilag megakadályozza, hogy a leggyorsabb, legnagyobb energiájú elektronok elérjék a földi felszínt. A NASA Van Allen-szondáinak legújabb eredményei szerint a sugárzási övek szinte teljesen átjárhatatlan akadályt jelentenek a leggyorsabb elektronok számára.

A szakértők a 20. század eleje óta feltételezték, hogy a földi magnetoszféra töltött részecskéket ejthet csapdába, és ezek valószínűsíthetően egy összetett struktúrát alkothatnak a bolygó körül. A Van Allen-övek tényleges felfedezésére azonban csak 1958-ban, az Explorer–1 és az Explorer–3 műholdak felbocsátása után került sor. Az Egyesült Államok elsőként űrbe jutó műholdjait James Van Allen, az Iowai Egyetem fizikusa tervezte, aki ragaszkodott ahhoz, hogy egy-egy Geiger–Müller-számláló is helyet kapjon a fedélzeti műszerek közt, így az űreszközök adatokat tudtak gyűjteni a bolygónkat körülvevő sugárzási zónákról.

A Van Allen-övek részletesebb feltérképezését az Explorer−4, a Pioneer−3 és a Luna−1 küldetések során végezték el 1958−1959-ben. Az övezettel kapcsolatos eddigi legalaposabb vizsgálat két évvel ezelőtt, 2012 augusztusában vette kezdetét, amikor a NASA kutatói két űrszondát küldtek fel a régió tanulmányozására. Az űreszközök megfigyelései alapján a Van Allen-övek dinamikus változásokon mennek át, vagyis a naptevékenység aktuális mértékétől függően megduzzadnak vagy elvékonyodnak. Ennek eredményeként időnként olyan vastaggá válnak, hogy az alacsony Föld körüli pályán keringő műholdakat is elérik, saját gyilkos sugárzásukkal károsítva azok elektronikus rendszereit.

A sugárzási övezet két nagyjából állandó és egy időszakos övből áll, időnként azonban az övek annyira megduzzadnak, hogy teljesen összeolvadnak. A belső öv 644 kilométerre kezdődik a felszíntől és általában 10 ezer kilométeres magasságnál fejeződik be, a külső öv pedig 13 500−58 ezer kilométer között húzódik. Ami a belső övet illeti, azt nagyrészt 100 MeV-ot elérő energiájú protonok, kisebb részben pedig pár száz KeV-os elektronok alkotják.

A külső övet 0,1−1 MeV energiájú elektronok, protonok és más ionok építik fel, amelyek valószínűsíthetően több eltérő forrásból (a napszélből és távolabbi eredetű kozmikus sugárzásból) származnak. A tavalyi évben fedezték fel a Van Allen-szondák adatait elemző kutatók, hogy nagyobb napkitörések, koronakidobódások idején egy harmadik öv is létrejöhet bolygónk körül. A jelenleg rendelkezésre álló információk alapján az időszakos öv a külső övből válik le, és 4−7 MeV energiájú elektronok alkotják. Akár egy teljes hónapig is fennmaradhat, mielőtt lassan visszaolvadna a külső övbe.

Míg a belső öv meglehetősen stabil képet mutat, bár alsó határa időnként 200 kilométeres magasságig is lesüllyedhet, az övezet külső része jóval kaotikusabb hely. A külső övben néhány perc vagy óra elég ahhoz, hogy a benne található töltött részecskék eredeti sebességük többszörösére, közel fénysebességre gyorsuljanak, maga a zóna pedig ennek következtében akár megszokott vastagságának százszorosára is felduzzadhat. Bár a gyorsulási események pontos okát egyelőre senki sem tudja, annyi bizonyosnak tűnik, hogy valamiféle kapcsolatban vannak a Nap tevékenységével, és azzal, ahogy a napszél a Föld mágneses terével interakcióba lép.

2. oldal

A külső öv eddigi legnagyobb érdekessége azonban nem ez, hanem az a nemrég felfedezett tény, hogy belső határvonala meglepően éles, ráadásul ezt a határt a jelek szerint az 5 MeV-nál nagyobb energiájú elektronok normál körülmények között nem képesek átlépni. „A legmagasabb energiájú elektronok bizonyos távolságnál jobban egyszerűen nem tudják megközelíteni a Földet” – mondja Shri Kanekal, a Van Allen-szondákat irányító csapat vezetőhelyettese. „Ez tökéletesen új, és teljesen váratlan információt jelent számunkra.”

„Olyan mintha ezek az elektronok egy láthatatlan falba rohannának bele” – mondja Daniel Baker, a Coloradói Egyetem légköri és űrfizikai laboratóriumának igazgatója, a kutatás vezetője. „Egy kicsit hasonlít a dolog a Star Trekben használt, erőterek révén létrehozott pajzsokra.” A kutatócsoport eredetileg úgy hitte, hogy a legnagyobb energiájú elektronok a felső légkör molekuláival történő interakciókban tűnnek el, az új eredmények alapján azonban úgy fest, hogy a részecskék nem jutnak el eddig a rétegig, mivel a külső Van Allen-öv megállítja őket.

A szakértők a határvonal felfedezését követően annak kialakulási okát kezdték vizsgálni. Annyi hamar világossá vált, hogy az éles határ nem köthető semmiféle emberi tevékenységhez, de ami sokkal meglepőbb, annak sem találták nyomát, hogy a Föld mágneses tere lenne a felelős annak kialakulásáért. Egyelőre az tűnik a legvalószínűbb magyarázatnak, hogy valamiféle részecskék közti interakció áll a háttérben.

A Van Allen-öveken túl más részecskékben gazdag struktúrák is léteznek bolygónk körül. A 950 kilométeres magasságban kezdődő plazmaszféra hideg, nagyjából 1 eV-os hidrogénből, héliumból és oxigénből áll. A plazma minden köbcentimétere több tízezer részecskét tartalmaz, így a plazmaszféra sűrűségéből adódóan gyakorlatilag együtt forog a Földdel. Külső határa belelóg a külső Van Allen-övbe, és enyhe szóródást vált ki abban, a beleütköző részecskék egy részét eltávolítva a sugárzási övezetből. Ez a hatás viszont önmagában nem tűnik elegendőnek ahhoz, hogy fenntartsa a szondák által megtapasztalt éles határvonalat.

Van azonban a nagyenergiájú elektronoknak egy érdekes, nemrég detektált tulajdonságuk, amelynek következtében ez a gyenge határ is áthághatatlan akadálynak bizonyulhat számukra: a kérdéses elektronok nagy része nem a felszín felé tart, hanem óriási hurkokat ír le a Föld körül. A szondák mérései alapján az 5 MeV-nál nagyobb energiájú elektronok több hónap alatt is csak nagyon kicsivel kerülnek közelebb a felszínhez, vagyis sebességvektoruk Föld irányába mutató komponense olyan gyenge, hogy plazmaszféra határa elég lehet ahhoz, hogy megállítsa, és új irányba indítsa a részecskéket.

Ez azt is megmagyarázhatja, hogyan kerülhetnek a különlegesen erős naptevékenység idején a külső öv elektronjai a két öv közti, többnyire üres régióba. A plazmaszféra határa ilyenkor is falat képez a külső Van Allen-öv belső oldalán, mondja Baker, de ha kellően erős a napszél, a Földet körülölelő plazma beljebb, a felszínhez közelebb húzódik. Ilyenkor a Nap felől beáramló részecsketömeg gyakorlatilag felszámolja a plazmaszféra külső rétegeit, beljebb tolva annak határát, így a Van Allen-öv nagyenergiájú elektronjai a szokásosnál nagyobb területen kalandozhatnak felettünk.

Mindez egyelőre persze csak elmélet, és Baker összességében úgy gondolja, hogy bár a plazmaszféra határa nagy valószínűséggel szerepet játszik a rejtélyes pajzs létrejöttében, korántsem nyújt teljes magyarázatot annak kialakulására. Hogy biztos választ adhassunk a kérdésekre, tovább kell figyelnünk a régió viselkedését, amire a jelenleg is üzemelő Van Allen-szondák kiváló lehetőséget adnak, mondja a kutató.