Electronis אנרגטיים בקווי הקרינה של כדור הארץ שהתנשאו מעבר לגבול החלקי המוגדר שלהם—היו תופעה בלתי צפויה שהתרחשה במהלך הסופה הסולארית הגדולה של מאי 2024, כך קבעו חוקרים במחקר חדש שפורסם בכתב העת Geophysical Research Letters. הנתונים שנאספו באמצעות לוויין הערס היפני מצביעים על כך שהאלקטרונים הללו לא היו מגיעים מחוץ לאזור, אלא התעצמו באופן מקומי בתוך הגבול החזק שהוגדר בין הרבעים הפנימיים והחיצוניים של הזרם הקרינה של כדור הארץ.
המשמעות של התגלית והחוקר שהוביל את המחקר
הגילוי הזה חשוב מכיוון שהגבול הזה שימש עד כה כמעין מפת מנטלית לענף החלל. אם סערות קיצוניות מסוגלות לייצר את האלקטרונים הנפלאים, המכונים גם "אלקטרונים רצחניים", שהם אלקטרונים שנושאים מיליוני אלקטרו-ולדטים, באיזור שבדרך כלל נחשב לבטוח, הרי שספינות לוויין החולפות באותה אזור עלולות להיות חשופות לסכנות קרינה שהמודלים הקיימים לא מצליחים לתפוס במלואם. המחקר, בהובלת Yoshizumi Miyoshi ממרכז המחקר הסביבתי בחלל של אוניברסיטת נגויה, יצא לאור ב-26 באוקטובר והוכרז על ידי האוניברסיטה יומיים לאחר מכן. מדובר במחקר תצפיתי מבוקר של אירוע קיצוני אחד.
אלקטרונים שנוצרו מתוך המקום עצמו
הקו המפריד נקבע לראשונה ב-2014, לאחר שמדדי סוכנות נאס"א, Van Allen Probes, גילו שפת חוד מאוד חדה במערך האלקטרונים הפעילים ביותר, כשלושה רבעים מרדיוס כדור הארץ ממרכזו. הפיזיקאי דניאל בייקר מאוניברסיטת קולורדו בולדר, שהוביל את המחקר ההוא, תיאר את הגבול כקיר מוצק. הוא אמר בזמנו ל-BBC Sky at Night Magazine כי הגבול נראה כמו קיר קשה שיצר מחסום מונע את חדירת האלקטרונים מהחוץ פנימה.
כמו כן, באירועים של מאי 10–11, 2024, שכינו אותם "סופת G5" – השיא של סולם סופות מגנטיות של NOAA, נרשמו עלייה דרמטית באינטנסיביות של אלקטרונים. סטטיסטיקות מ-ScienceAlert מצביעות שהזרימה של אלקטרונים עם אנרגיות של יותר מ-3 מיליון אלקטרו-ולדט הייתה גבוהה במעל ל-5,000 פעמים ממה שהייתה לפני הסערה, תוך פחות מחצי יום. אלקטרונים בעלי אנרגיות נמוכות יותר הושקו תחילה, ואחריהם, כחצי יום לאחר מכן, הגיעו אלקטרונים בעלי אנרגיות גבוהות יותר, שהתפשטו בפתאומיות כמעט ביום אחד לאחר ההתחלה.
תהליך מקומי של תעלת אלקטרונים שנוצרה בעקבות הפעמון הדליל של הפלזמה
המנגנון שעמד מאחורי התופעה משלב שני אלמנטים עיקריים. בדרך כלל, האזור הפנימי מוקף בפלזמאספירה, ענן דחוס של גז קר וטעון שבא בדרך כלל מרסן קרינה אלקטרומגנטית מסוימת. באירועי מאי 2024, רוב הפלזמאספירה הוסרה כתוצאה מהסערה. Miyoshi ציין כי בדרך כלל, הפלזמאספירה מחלימה תוך כשניים, אך יש מקרים שבהם לוקח כשלושה עד ארבעה ימים, כפי שקרה במקרה זה.
בתוך הסביבה הצרופה הזו, התעצמו בגלי רדיו טבעיים שנקראים "גלי היצירה" (Chorus Waves). בדרך כלל, גלים כאלה מפריעים לאלקטרונים ומסייעים להסיר אותם מהאיזור, אך הפעם הם הפכו למקור אנרגיה שהטעין את האלקטרונים במקום להפריע להם. Miyoshi תיאר את הצליל המתלווה לגלים האלה כקול של ציפורים משודרות באנדקודינג של אודיו.
מחקרים עצמאיים תואמים את הממצאים. מחקר שפורסם ב-2024 בעזרת לוויין PROBA-V, הראה אלקטרונים שהגיעו מעל ל-2 מיליון אלקטרו-ולדט והגיעו עמוק לתוך הזרם המרכזי בזמן הסערה, ו-CIRBE של נאס"א איתר שני אזורי קרינה זמניים שהתפתחו לאחר מכן. מחקר זה מדגים את ההסבר המפורט ביותר עד כה כיצד אלקטרונים קיבלו את האנרגיה שלהם במקום שבו הם התגלו.
השלכות על לוויינים וצוותי חלל
אלקטרונים רצחניים מסוגלים לחדור את ההגנה של הלוויינים, לייצר עומס חשמלי פנימי שגורם לנזקים במרכיבים, ואפילו לגרום לעצמים לשרוף או לקצר את חיים של הלוויין. Miyoshi מציין כי הסיכוי הגבוה ביותר הוא עבור לוויינים שנמצאים במסלול בינוני של כדור הארץ, אובייקטים שנעים לכיוון המסלול הגיאוסטציונרי, ומשימות עם צוותים שנדרשות ליציאה מחוץ למסלול הנמוך של כדור הארץ.
הציבור הרחב לא ירגיש את האלקטרונים עצמם, אך השירותים שתלויים בטכנולוגיה זו עלולים להיות מושפעים. אלה כוללים את ניווט ה-GPS, אותות זמן שמועברים על ידי בנקים ורשתות חשמל, נתונים על מזג אוויר ותקשורת לוויינית. המפעילים של המערכות כבר מתכוננים לקרינה, אך אולי יש צורך בהרחבת אזורי הבטיחות במהלך סופות קיצוניות. חשוב לציין שהזמן גם משמש חלק מהמשוואה. הסבב הסולארי ה-25 בשיאו באחרונה, אך למרות ירידתו, המומחים מ-NOAA מזהירים כי סופות גדולות עלולות לקטוע שנים אחרי שיא הכתמים השמשיים.
אמינות הממצאים ושאלות שעדיין נותרות פתוחות
החוזקה של המחקר נעוצה במדידה הישירה, באמצעות לוויין שנכח כל העת באיזור מאז 2017. אך, הגבלת המחקר היא כמובן בהיקף שלו. המסקנות מתבססות על סופה אחת, החזקה ביותר מאז כעשרים שנה, וסופות כאלו מגיעות בממוצע פעם ב-20 עד 25 שנים. השאלה האם סופות קטנות ויותר שכיחות יכולות להניע את אותו תהליך, עדיין פתוחה ומעוררת תיאוריה.
הגילוי הזה אינו מצביע על כשל בהגנה הטבעית של כדור הארץ. למעשה, אלקטרונים שמדדו ב-2024 אט אט דעכו עד שהגיעה סערה סולארית נוספת באוקטובר 2024, והמחסום שומר על מראית עין תקינה תחת תנאים רגילים. מה ששונה, הוא ההנחה המוקדמת כי לא ייתכן שאלקטרונים בעלי אנרגיה כה גבוהה יופיעו בתוך הגבול הזה.
אין צורך בפעולה אישית מצד הקורא. חובבי זורחות, מפעילי רדיו אולטרה-קצר וטיפוסים סקרניים לגבי מזג האוויר בחלל יכולים לעקוב אחר התראות ומידע ב- NOAA על סופות השמש, שמפרסמות את התחזיות הרשמית בארצות הברית. החוקרים מציעים שהשלב הבא יהיה לשלב מודלים של התנהגות הגלים והפלזמה במערכות החיזוי, כדי שמפעילים יוכלו לגלות מבעוד מועד מתי סערות פותחות את הפתח לפעילות מקומית של זרמי אלקטרונים ולדחוף את גבול הקרינה מעבר למקומו הרגיל.
