Swarm wykrywa rzadki skok protonów podczas burzy słonecznej
Misja Swarm Europejskiej Agencji Kosmicznej wykryła duży, ale tymczasowy wzrost liczby protonów o wysokiej energii na biegunach Ziemi podczas burzy geomagnetycznej w listopadzie. Nie dokonała tego za pomocą instrumentów naukowych do pomiaru pola magnetycznego Ziemi, ale za pomocą instrumentów pozycjonujących „star tracker” – po raz pierwszy w misji Swarm.
Podczas gdy magnetometry Swarm wykryły 12 listopada fluktuacje magnetyczne 10 razy silniejsze niż normalnie, to właśnie trackery gwiazd wykryły tymczasowy wzrost protonów o wysokiej energii wokół biegunów. Podczas burzy geomagnetycznej w dniach 11-13 listopada poziomy strumienia protonów o wysokiej energii były 300 razy wyższe niż normalnie.
Swarm, misja Earth Explorer opracowana w ramach programu Earth Observation FutureEO Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), ma na celu lepsze zrozumienie niewidzialnego pola siłowego otaczającego naszą planetę. Pole magnetyczne Ziemi rozciąga się od głębokiego wnętrza stopionego jądra planety aż po przestrzeń kosmiczną, chroniąc nas przed promieniowaniem kosmicznym i wiatrem słonecznym poprzez odchylanie szkodliwych cząstek naładowanych.
Orbitujące na wysokości 400–500 km satelity Swarm znajdują się w idealnym położeniu do monitorowania skutków burz geomagnetycznych.
Każdy z trzech satelitów Swarm, wystrzelonych razem w 2013 r., wyposażony jest w kilka instrumentów, w tym dwa rodzaje magnetometrów, które są w stanie mierzyć zarówno siłę, jak i kierunek pola magnetycznego. Posiadają one również urządzenia do śledzenia gwiazd, które zapewniają prawidłową lokalizację i orientację w przestrzeni kosmicznej.
Star trackery to instrumenty optyczne, które mierzą położenie i orientację satelity poprzez określenie jego pozycji względem gwiazd. Chociaż star trackery są zazwyczaj wykorzystywane do prawidłowego pozycjonowania satelitów w przestrzeni kosmicznej, w tym przypadku star trackery satelitów Swarm stały się zaskakującym źródłem ważnych danych.
W dniach 11-13 listopada 2025 r. Ziemia została dotknięta wyjątkowo silną burzą słoneczną, spowodowaną trzema kolejnymi wyrzutami masy koronalnej w ciągu 48 godzin.
Spowodowały one powstanie „aur protonowych”, które wyglądają jak bardziej rozproszone światło lub blask na niebie i są zazwyczaj widoczne na znacznie niższych szerokościach geograficznych podczas silnych burz. Z kolei aury elektronowe wiążą się z pojawieniem się „fal” światła na niebie i często występują na wyższych szerokościach geograficznych.
Chociaż burze geomagnetyczne powodują powstawanie pięknych zorzy polarnych, cząstki naładowane emitowane przez rozbłyski słoneczne mogą stanowić zagrożenie dla infrastruktury na Ziemi, potencjalnie zakłócając i uszkadzając sieci energetyczne i komunikacyjne. W tym przypadku odnotowano krótką przerwę w łączności radiowej w Europie, Afryce i Azji, trwającą około 30–60 minut.
12 listopada urządzenia śledzące gwiazdy wykryły ogromny napływ wysokoenergetycznych protonów do regionów polarnych. Podczas silnych burz geomagnetycznych osłona magnetyczna Ziemi ulega zaburzeniu, co pozwala znacznie większej liczbie cząstek energetycznych dotrzeć do niskiej orbity okołoziemskiej – w tym przypadku strumień był niezwykle intensywny. To zjawisko wysokoenergetycznych protonów słonecznych jest rzadkością.
Chociaż nie stanowią one zagrożenia dla ludzi na Ziemi, protony o wysokiej energii mogą poważnie zakłócić i uszkodzić elektronikę statków kosmicznych, w tym ogniwa słoneczne, i są niebezpieczne dla lotów kosmicznych z udziałem ludzi.
– To fascynujące zastosowanie trackerów gwiazdowych Swarm, które są zwykle używane do prawidłowego ustawiania satelitów. Produkt dotyczący cząstek wysokoenergetycznych jest nową funkcją Swarm, a produkty zostaną udostępnione operacyjnie 17 grudnia. Jest to zatem pierwsze zdarzenie, w którym trackery gwiazdowe Swarm monitorują zjawisko pogody kosmicznej – powiedziała Anja Stromme, kierownik misji Swarm w ESA.
Czujniki obrazu gwiazdowego trackera są wrażliwe na protony o wysokiej energii. Kiedy jeden z nich uderza w czujnik, pojawia się on na obrazie jako biała plamka. Chociaż zazwyczaj uważa się to za niedogodność, plamki te mogą również rejestrować strumień protonów o energii wyższej niż 100 MeV.
Protony o wysokiej energii, w postaci promieniowania jonizującego, zwykle przenikają przez pole magnetyczne Ziemi w obszarze anomalii południowoatlantyckiej – obszarze obejmującym część Oceanu Atlantyckiego i Ameryki Południowej, gdzie pole magnetyczne Ziemi jest słabsze. Jednak podczas burz magnetycznych protony mogą przedostawać się do magnetosfery Ziemi i zostawać w niej uwięzione. Proces ten może prowadzić do tymczasowego wzrostu liczby cząstek o wysokiej energii w regionach polarnych, co zaobserwowano w tym przypadku.
Według Enkelejdy Qamili, analityczki jakości danych Swarm w ESA, podwyższony poziom protonów pokazuje, jak misje na niskiej orbicie okołoziemskiej mogą skutecznie monitorować i wykrywać zdarzenia związane z cząstkami słonecznymi, podkreślając utrzymującą się wysoką aktywność Słońca.
– W normalnych warunkach pole magnetyczne Ziemi odchyla większość cząstek wiatru słonecznego, jednak podczas burzy geomagnetycznej magnetosfera może ulec przeciążeniu, umożliwiając przenikanie znacznej liczby protonów o wysokiej energii i powodując szereg zjawisk geofizycznych. Chociaż zjawiska te są bardzo interesujące z naukowego punktu widzenia, należy pamiętać o potencjalnym zagrożeniu, jakie stanowią one dla astronautów, statków kosmicznych i komunikacji – dodała Enkelejdy Qamili.
Źródło: ESA
Czytaj też: Czy skarpy przy księżycowych zapadliskach są bezpieczne? Polskie badania
Grafika tytułowa: Braňo / Unsplash
