Kiderült, mi okozza a rettegett mágneses viharokat

Mágneses vihar az űrből nézve

A korábban feltételezettnél nagyobb szerepet játszik a Föld légköre a földmágneses viharok kialakulásában, amelyek megzavarhatják a földi telekommunikációt és a GPS-t.

A japán Nagojai Egyetem és az egyesült államokbeli University of New Hampshire tudósai által koordinált nemzetközi kutatócsoportnak a Nature Communications folyóiratban frissen megjelent közleménye arra mutat rá, hogy a Föld felső légköre meghatározó szerepet játszik a nagy földmágneses viharok kialakulásában. A földmágneses viharok létrejöttét befolyásoló tényezők megértése azért fontos, mert ezek a zavarok közvetlen hatással bírnak a Föld mágneses mezejére, például nemkívánatos áramokat idézhetnek elő az elektromos hálózatban, illetve megzavarhatják a rádiókommunikációt és a GPS-t. A jelen kutatás hozzásegíthet a várhatólag legjelentősebb következményeket okozó viharok előrejelzéséhez.

A kutatók előtt régóta ismeretes, hogy a földmágneses viharok kapcsolatban állnak a naptevékenységgel. A Nap külső, számunkra is látható burkát forró, töltött részecskék alkotják. Ezek a részecskék napszél formájában folyamatosan elhagyják a Nap felszínét, és kölcsönhatnak az útjukba kerülő űrbéli objektumokkal, így a Földdel is. Amikor a napszél részecskéi elérik a bolygónkat körülvevő, magnetoszférának nevezett mágneses mezőt, kölcsönhatásba lépnek vele.

A töltött részecskék és a mágneses mező közötti kölcsönhatásokra szokás „űridőjárás"-ként hivatkozni, s ennek alakulása a Földet és az űrbéli technológiai rendszereket, például a műholdakat is befolyásolja.

A magnetoszféra fontos régiója a mágneses csóva, a földmágneses mező azon része, amely a bolygó Nappal ellentétes oldalán nyúlik el a napszél iránya mentén. A mágneses csóván belül a plazmaburok-régió az, amely telistele van töltött részecskékkel. A plazmaburok azoknak a töltött részecskéknek a forrása, amelyek a belső magnetoszférába áramolva a földmágneses viharokat keltik.

A Napnak a földmágneses viharok kialakulásában játszott szerepe senki előtt sem volt kétséges. A mostani kutatásban részt vevő nemzetközi kutatócsoport annak a rejtélynek eredt a nyomába, hogy vajon a magnetoszférában található plazma mekkora hányada származik a Földtől, és ez a hozzájárulás miként változik meg a földmágneses viharok során. A csoportot Lynn Kistler, a Nagojai Egyetem és a University of New Hampshire tanára, illetve Josizumi Mijosi és Tomoaki Hori, a Nagojai Egyetem tanárai vezették. A tanulmány céljaira a 2017. szeptember 7-8-án lezajlott nagy földmágneses vihar során gyűjtött adatokat használták fel. A nevezett időszakban jelentős napkitörés – vagyis koronatömeg-kilövellés – játszódott le, s ennek anyaga a Föld légkörével ütközve óriási földmágneses vihart alakított ki. A masszív behatás megzavarta a magnetoszférát, aminek a nyomán zavar keletkezett a rádiójelekben, a GPS-ben és a precíziós időmérő berendezésekben.

Mágneses vihar az űrből nézve Forrás: AFP/Ho

A légkör is hozzájárul a földmágneses viharokhoz

A kutatók több űrkutatási programból – a NASA/Magnetoszférás Multiskála (MMS) misszióból, a japán Arasze misszióból, az ESA/Cluster misszióból, valamint a NASA/Wind misszióból – származó adatok visszatekintő elemzésével rekonstruálták az esemény alatti ionáramlásokat. Megkülönböztették a napszélből eredő ionokat a Föld ionoszférájának saját ionjaitól.

Egyidejű mérések segítségével elemezték egyfelől a napszélben, másfelől pedig a földközeli plazmaburokban bekövetkező változásokat, és megállapították, hogy a vihar lefolyása során a plazmaburok jelentős összetételbeli és egyéb átalakulásokon ment keresztül. A plazmaburok olyan jellemzői, mint a sűrűsége, a részecskéinek energiaeloszlása és az összetétele befolyásolják a földmágneses vihar kifejlődését.

A vihar fő fázisának kezdetekor az ionok forrása napszél-domináltról ionoszféra-domináltra váltott. „A legfontosabb felfedezésünk az, hogy

a földmágneses vihar elején a plazma főleg napszél-eredetűből főleg ionoszféra-eredetűre változott

– magyarázza Kistler. – Ez arra mutat, hogy a földmágneses vihar kiáramlást indít el, és hogy az ionoszféra plazmája gyorsan képes mozogni a magnetoszférán át."

„Összességében a kutatásunk azzal járul hozzá a földmágneses viharok kialakulásának jobb megértéséhez, hogy rámutat a földi ionoszféra plazmájának jelentőségére – folytatta a kutatónő. –

Megdönthetetlen bizonyítékot találtunk arra nézve, hogy a földmágneses viharokhoz nemcsak a Napból, hanem a Földről eredő plazmatömegek is hozzájárulnak.

Röviden összefoglalva: a plazmaburok olyan tulajdonságai, mint a sűrűsége, a részecskéinek energiaeloszlása és az összetétele kihatással vannak a földmágneses viharokra, s e jellemzők a különböző forrású plazmákban eltérőek."