Váratlan és veszélyes meglepetés érheti a holdutazókat

A Hold hatásaihoz számos misztikus illetve babonás elképzelés fűződött a múltban

Korábban úgy tartották, hogy teliholdkor a Föld mágneses árnyékoló hatása megvédi a Hold felszínét a napszél részecskebombázásától. Facskó Gábor és munkatársai azonban új tanulmányukban kimutatták, hogy a Föld mágneses védőpajzsa kitérülhet, váratlan sugárözönnel árasztva el a Hold felszínét. Eredményük fontos tanulságokkal szolgál a közeljövő emberes holdutazásainak tervezéséhez.

A napszél a Nap felső atmoszférájából ered, és minden irányban kifelé terjed a helioszféra határáig. A szuperszonikus és szuperalfvénikus (azaz a hangsebességnél és a transzverzális magnetohidrodinamikai hullámterjedési sebességnél gyorsabb) plazmaáram kölcsönhatásba lép az összes objektummal a Naprendszerben. A kölcsönhatás eredményeképpen nagyon gazdag és sokrétű tartományok jönnek létre az adott égitest környezetében.

Ezek a régiók és jelenségek egészen mások attól függően, hogy a napszél mágneses térrel ütközik és térül el, vagy mágneses tér nélküli, de légkörrel rendelkező bolygó légkörével és indukált magnetoszférájával lép kölcsönhatásba.

A szélzsák a szél irányának és erősségének fontos jelzője, a légmozgás következtében mutatott viselkedése hasonló ahhoz, ahogy a magnetoszféra reagál a napszél változásaira Forrás: Pixabay

A Holdnak nincs sem légköre, sem mágneses tere, amely megvédené felszínét a napszél részecskéinek becsapódásától.

Kísérőnk felszíne a bolygónk körüli pályájának háromnegyedén közvetlenül ki van téve a napszélnek és minden Napból érkező részecskesugárzásnak, a szoláris-energikus részecskék bombázásának, azaz olyan nagy energiájú elektronok, protonok és ionok becsapódásának, amelyek egy-egy napkitörés folyamán vagy egy-egy koronakitörés lökéshullámán gyorsulnak fel, és érnek el nagy energiát.

A pálya maradék egynegyedén, azaz a telihold környékén a Hold belép a Föld lökéshulláma mögötti tartományba, a mágneses burokba, illetve mágneses védőernyőjébe, a magnetoszférába. Bolygónk eredetileg közel dipólus mágneses tere a napszél nyomásának hatására a Nap felőli oldalon összenyomódik, az éjszakai oldalon azonban nagyon elnyúlik. Az éjszakai magnetoszférát körbeveszi a mágneses burok, a lökéshullámon keresztülhaladt, felhevült és lelassult napszéláram tartománya, akárcsak a nappali oldalon.

Egészen pontosan nem lehet tudni, hogy meddig is terjed a földi magnetoszféra, annyi azonban bizonyos, hogy a Földtől 2 millió km-re is érzékelhető, hiszen a STEREO B szonda műszereinek mérései szerint a Nappal ellentétes irányban ilyen távolságban belépett a magnetoszférába.

Forrás: Wikimedia Commons/Tim Hunter

Korábbi tanulmányok alapján úgy vélték, hogy a Hold körül keringő mesterséges égitestek és a felszínre leszálló űrhajósok telehold környékén biztonságban vannak, mert a Föld megnyúlt, a Nappal átellenes, éjszakai magnetoszférája hatékonyan megvédi őket még a 4 MeV, sőt esetenként akár a néhány GeV energiájú szoláris-energikus részecskék kitöréseitől is.

A napszél hirtelen irányváltozása veszélyezteti az űrhajósok életét

A Journal of Geophysical Research: Space Physics vezető űrfizikai szaklapban megjelent tanulmány a NASA THEMIS-ARTEMIS misszió méréseit elemezve kimutatta, hogy a bolygóközi lökéshullámok eltéríthetik a földi magnetoszférát, úgy, mint egy szélzsákot. Ezt a jelenséget először 1972-ben jelezték előre, de akkor azt feltételezték, hogy csak a Földtől nagy távolságra történhet meg, ahol a kitérés mértéke elegendően nagy.

A holdfázisok és a magnetoszféra elhelyezkedése normál napszélben és a kitérült, lökéshullám által összenyomott esetben Forrás: Q. Q. SHI, SHANDONG EGYETEM

Ezt végül 30 évvel később a WIND űrszonda erősítette meg több mint 100 földsugár távolságra a Földtől a Nap irányával ellentétesen.

Azonban az ARTEMIS mérései feltárták, hogy a magnetoszféra kilengése váratlanul megtörténhet harmadakkora távolságban, a telehold pozíciója közelében.

Ez az esemény kibillenti a mágneses pajzsot, és a Hold a napszélbe vagy a mágneses burokba kerül, ahol a részecskesugárzás erősebb.

Ez a meglepetésszerű eltérülés és kibukkanás telehold idején megmutatta, hogy a Holdra szálló űrhajósokat és az infrastruktúrát nem védi megbízhatóan a Föld mágneses pajzsa.

A felfedezés alapján a dinamikusan változó holdi környezet egy sokkal jobb modelljét lehet kifejleszteni. Ez a modell szükséges ahhoz, hogy a Hold felszínén tevékenykedő személyzetet időben figyelmeztessék a szoláris-energikus részecskék veszélyes kitöréseire.

Az ARTEMIS adatainak megfelelő számítógépes szimuláció, amely megmutatja a napszél-lökéshullám beérkezését (narancssárga), a magnetoszféra összenyomódását (zöld-kék) és kitérését a Holdon keresztül (fekete pötty) Forrás: Q. Q. Shi, Shandong Egyetem

Amikor a kutatók 2012 márciusától elemezték az ARTEMIS észleléseit, felfedeztek egy nagy napszéllökést, amely egy bolygóközi lökéshullám volt.

Az eseményt megnövekedett napszélsűrűség és magasabb napszélsebesség jellemezte (800 km/s) –

utóbbi az átlagos napszélsebesség értékének kétszerese.

Ebben a különleges esetben a lökéshullám a Nap–Föld iránnyal jelentős szöget zárt be. Az erre a vonalra merőleges sebesség komponense 250 km/s volt (Vy, ahol y az y tengely a geocentrikus szoláris ekliptikus koordináta-rendszerben), ahol a tipikus merőleges napszélsebesség nullához közelít.

A geocentrikus szoláris ekliptikus koordináta-rendszer (Geocentric Solar Ecliptic System, GSE) x tengelye a Földtől a Nap irányába mutat, y tengelye az Ekliptika síkjában az alkonyati irányba mutat, z tengelye pedig jobb sodrású rendszert alkot az x és y tengelyekkel, azaz párhuzamos az Ekliptika pólusával.

Az észlelési adatokat globális magnetohidrodinamikai szimulációkkal reprodukálták. Ehhez egy kínai és egy amerikai fejlesztésű kódot használtak, amelyek nagyon hasonló eredményeket adtak, és nagyban segítették a jelenség megértését. A magnetoszféra kitérése egy órán át tartott, a Holdat fél órán keresztül bombázták a napszél és a mágneses burok részecskéi.

Ez a nagy hajlásszögű lökéshullám egybeesett egy veszélyes, három napig tartó szoláris-energikus részecskekitöréssel. Ez utóbbi nem váratlan, ugyanis az energikus részecskék a lökéshullámokon tesznek szert nagy energiára a bolygóközi térben, a bolygók lökéshulláma előtt vagy a szupernóvává alakuló csillagok lökéshullámain.

Tehát a magnetoszféra szélzsákszerű kitérése gyakran esik egybe erős szoláris-energikus részecskeeseményekkel, azaz megnövekedett intenzitású és energiájú részecskesugárzással.

Az esemény részletesebb elemzést igényel, amelyről a kutatók egy további tanulmányban számolnak majd be.

A cikk folytatódik, lapozzon a következő oldalra!