Riječ je o Van Allenovim pojasevima, dvjema prstenastim regijama oko Zemlje ispunjenima energetskim protonima i elektronima koje zadržava Zemljino magnetsko polje. U vanjskom pojasu prevladavaju elektroni čiju energiju pojačavaju procesi povezani sa Sunčevom aktivnošću, dok velik dio protona u unutarnjem pojasu nastaje djelovanjem kozmičkih zraka na Zemljinu atmosferu.

Posebnu opasnost predstavljaju takozvani 'ubojiti elektroni'. Oni mogu dosegnuti brzine bliske brzini svjetlosti, prodrijeti kroz zaštitu satelita i oštetiti osjetljivu elektroniku, čime se skraćuje njihov radni vijek. Povećavaju i rizik od izlaganja zračenju za astronaute.

Znanstvenici su dugo smatrali da unutarnji Van Allenov pojas djeluje kao gotovo neprobojna granica koja sprječava najenergetskije elektrone da se približe Zemlji. Oštra granica u njihovoj raspodjeli uočena je još 2014. godine, a jedno od objašnjenja bilo je da elektromagnetski valovi raspršuju elektrone i izbacuju ih iz njihovih putanja prema Zemljinoj atmosferi.

Kasnija istraživanja, međutim, dovela su u pitanje tu pretpostavku. Pokazala su da se elektroni mogu naći i unutar navodne barijere te da ih elektromagnetski valovi, primjerice oni povezani s munjama, mogu usmjeriti prema atmosferi.

Elektroni ubrzani unutar navodne barijere

Novi dokazi stigli su nakon snažne geomagnetske oluje u svibnju 2024., kada je Sunce izbacilo niz baklji i koronalnih izbačaja mase. Oluja je dosegla najvišu kategoriju, G5, i znatno smanjila količinu hladne plazme u području oko Zemlje.

Takvi uvjeti pogodovali su širenju posebne vrste elektromagnetskih valova poznatih kao 'chorus' valovi, nazvanih tako jer njihov zvuk, kada se pretvori u audiozapis, podsjeća na pjev ptica.

Prema istraživanju koje je vodio svemirski fizičar Yoshizumi Miyoshi sa Sveučilišta Nagoya u Japanu, ti su valovi mogli ubrzati elektrone unutar navodne barijere, umjesto da ih rasprše i udalje iz tog područja.

Dokaze je zabilježio japanski satelit Arase, koji od 2017. prati Zemljine pojaseve zračenja. Tijekom faze smirivanja oluje broj elektrona s energijom od oko tri megaelektronvolta porastao je više od 5000 puta u odnosu na razinu prije oluje. Važan trag bio je i redoslijed promjena - najprije su se pojavili elektroni niže energije, a otprilike pola dana poslije i oni energičniji. Nakon približno jednog dana snažno se povećao i broj elektrona s energijom većom od tri megaelektronvolta.

Takav slijed, navodi Miyoshi u svom istraživanju, upućuje na to da elektroni nisu samo pristizali iz udaljenijih dijelova svemira, nego su energiju dobivali i unutar samog pojasa. Njihova raspodjela, s izraženim vrhuncem blizu granice barijere, dodatno podupire mogućnost lokalnog ubrzavanja.

Znanstvenici ističu da učinci oluje nisu brzo nestali. Satelit Arase bilježio je postupno smanjenje broja tih elektrona sve do listopada 2024., kada je novu promjenu donijela još jedna Sunčeva oluja.

'Tipično se plazmasfera oporavlja u roku od oko dva dana', rekao je Miyoshi. 'Međutim, tijekom superoluje u svibnju 2024. trebalo je otprilike 4,3 do 4,7 dana da se gustoća plazme oporavi na više od polovice svoje razine prije oluje u promatranom području.'

Istraživanje, objavljeno u časopisu Geophysical Research Letters, pokazuje koliko se uvjeti u svemiru oko Zemlje mogu promijeniti tijekom ekstremnih svemirskih vremenskih događaja.

'Važno je razumjeti i predvidjeti ponašanje energetskih elektrona tijekom ekstremnih svemirskih vremenskih uvjeta', poručio je Miyoshi. Takva su saznanja ključna za procjenu rizika od zračenja za svemirske letjelice i poboljšanje prognoza svemirskog vremena.

Nalazi također pružaju nove uvide u to kako Zemljina magnetosfera reagira na ekstremnu Sunčevu aktivnost, naglašavajući važnost kontinuiranih promatranja svemirskog okruženja blizu Zemlje.