Tavaly több mint 4 héten át egy korábban ismeretlen harmadik sugárzási öv vette körül a Földet, mielőtt egy lökéshullám kioltotta volna, derült ki a NASA szondáinak adataiból. 


Jelen ismereteink szerint két állandó, töltéssel rendelkező öv öleli körül bolygónkat, ezek az úgynevezett Van Allen sugárzási övek. Egy harmadik, középső gyűrű felfedezése azonban arra utal, hogy ezek az övek, amik immár egy fél évszázada leginkább csak fejtörést okoznak a tudósoknak, még annál is furcsábbak, mint azt eddig gondolták.

A Föld mágneses mezője két jól elkülönülő régióban ejti foglyul a töltéssel rendelkező részecskéket. A belső öv, ami 1.600-tól 12.900 kilométerig terjed, viszonylag stabil. A külső öv, ami 19.000 és 40.000 kilométeres magasság között helyezkedik el, azonban igen változékony. Elektronjai órák, vagy akár percek leforgása alatt képesek közel fénysebességre gyorsulni, az övet megszokott méretének százszorosára növelve.

Senki sem tudja biztosan, mi okozza ezeket a "gyorsulási eseményeket", bár látszólag a naptevékenység és a Föld mágneses mezejének kölcsönhatásához köthetők. A jelenséget a NASA két Van Allen szondája vizsgálja. "Hogyan működik ez a kozmikus gyorsító mindössze néhány ezer kilométerre a fejünk fölött, ilyen elképesztő energiákra gyorsítva az elektronokat? A szondák fő feladata ennek megértése" - mondta Dan Baker, a Colorado Egyetem munkatársa, a küldetés főfelügyelője.

Amikor a Van Allen szondák 2012 szeptemberében megkezdték munkájukat, pont belecsöppentek ezeknek a rejtélyes események egyikének a közepébe, bár akkor a tudósok még pontosan azt látták, amire számítottak, két jól elkülöníthető övet. A meglepetés másnap érkezett, amikor kialakult egy harmadik gyűrű a belső és a külső öv között. "A szemünk előtt jött létre" - mondta Baker.



Az új, középső gyűrű egészen keskeny volt, elektronjainak energiája 4-7,5 MeV között mozgott, ami nagyjából megegyezett a külső Van Allen öv gyorsuláskori értékeivel. Bár a külső gyűrű továbbra is inkonzisztensen viselkedett, az új gyűrű közel négy héten át fenn tudott maradni, míg egy lökéshullám, ami a Nap egy koronai tömeg kibocsátásából származott, október 1-én alig egy óra alatt elsöpörte.

Azt még nem tudják honnan érkezett a középső gyűrű, bár a kutatók valószínűsítik, hogy a gyorsulási eseményhez kapcsolódhatott. Elektronjait valószínűleg a külső Van Allen övről bontotta le, melyek elkezdtek a Föld irányába áramlani, azonban megrekedtek a két öv között, de az sem kizárt, hogy a Föld közeléből származtak és megpróbáltak kiszökni nagyobb magasságokba, sikertelenül.

A folyamat megfejtése fontos lehet a műholdak és űrhajók sugárzással szembeni védelme szempontjából is, nyilatkozott Yuri Shprits, az UCLA szakértője, aki nem vett részt az észlelések elemzésében, azonban megalkotott egy elméleti magyarázatot, amit hamarosan publikálni fog. Szeptemberben nem volt olyan űrjármű meghibásodás, ami az új övhöz lett volna köthető, mondta Shprits, hozzátéve, hogy a műhold üzemeltetők szeretnék tudni, vajon ezek az övek gyakoriak-e és mekkora kockázatot jelentenek a tevékenységükre.

Mivel az átmeneti övre eddig nincs újabb példánk, ezért még túl korai lenne bármit is válaszolni a kérdésekre, szögezte le Baker. "Eddig csak egyet sikerült elcsípnünk" - mondta. "Még mindig azon dolgozunk, hogy kiderítsük, pontosan hogyan is működik."

Van Allen sugárzási öv

A Van Allen sugárzási övezet (röviden: Van Allen-öv) a Föld feletti, elektromosan töltött részecskéket tartalmazó dupla réteg, mely tóruszokra hasonlít. Az övet (illetve öveket) az első amerikai műholdak, az 1958. január 31-én felbocsátott Explorer–1, és ugyanazon év március 26-án útnak indított Explorer–3 mérési adatai alapján fedezték fel. A műszereket a holland származású James Van Allen (1917-2006), az Iowa Egyetem fizika tanszékének vezetője tervezte a küldetés számára. Ezek között kapott helyet az a Geiger–Müller-számláló, amely felfedezte az egész Földet körülvevő, intenzív sugárzást mutató zónákat. Az elnevezést az indokolta, hogy Van Allen ragaszkodott hozzá, hogy egy Geiger-számláló is legyen a műszerek között.

A két vastag gyűrű, amik körülveszik a Földet, elektromosan töltött részecskéket tartalmaznak, amiket a napszél hatása hoz létre. A belső öv a Föld felett 2000 km-től 5000 km-ig terjed és 10-50 MeV (=megaelektronvolt) energiájú protonokból áll, melyet a kozmikus sugárzás hoz létre. A külső öv nagyjából 6000-10 000 km vastag, legsűrűbb része 15 000-20 000 km magasságban van. A külső öv főleg elektronokból áll. A külső övet 1959-ben a Pioneer–1 űrszonda fedezte fel. A két zóna nem válik el élesen egymástól.



A Föld mágneses tere befogja a Napból felénk tartó részecskéket (elsősorban elektronokat és protonokat), valamint az atmoszférában zajló ütközésekből kifelé tartó részecskéket. A töltött részecskék a mágneses erővonalak mentén, az erővonalak körül spirális útvonalat leírva mozognak: oda-vissza repülnek az övezetekben a Föld északi és déli pólusa között, mintha tükrök vernék vissza őket. A pólusoknál a sugárzási övek nyitottak, ezért az elektronok könnyen lejutnak az atmoszféra felső rétegeibe, s ott elnyelődnek. A részecskék száma erősen ingadozik, elsősorban a geomágneses viharok következében. A földi mágneses tér viharait pedig a Nap viharai, vagyis a Nap mágneses terének változásai, a Napból kilökődött plazma állapotú anyag, a napszél változásai idézik elő.

A külső övben 0,1-10 megaelektronvolt energiájú elektronok mozognak, az elektronokat az elektromágneses hullámok és az elektronrészecskék kölcsönhatása gyorsítja fel, ez az energia elég nagy ahhoz, hogy komoly kockázatot jelentsen az űreszközök és az űrhajósok számára. Nem véletlenül kapták a legnagyobb energiájúak a „gyilkos elektron” nevet. Elektromágneses viharok idején az elektronok száma helyenként ezerszeresére nőhet a viharmentes időszakhoz képest. A sugárzások károsítják a napelemeket, az integrált áramköröket és a különféle érzékelőket.

Rendszerint a műholdak érzékelőit is kikapcsolják arra az időre, amíg az űreszköz egy intenzív sugárzási téren halad át. A NASA az Apollo-program keretében indított Hold-expedíciók tervezésénél figyelembe vette a Van Allen-övek helyzetét: olyan időpontokat és pályákat választottak, hogy az űrhajósok a lehető legrövidebb idő alatt haladhassanak keresztül a sugárzási övezeteken.