STORIE će istraživati Zemljinu prstenastu struju

Zemljino magnetsko polje je poput snažne zamke. Ono privlači električno nabijene čestice u svemiru, blizu našeg planeta, i hvata ih u nevidljivu, krafnastu olovku oko Zemlje poznatu kao prstenasta struja.

Ovaj zarobljeni roj nabijenih čestica igra važnu ulogu u načinu na koji Zemlja reagira na promjenjive uvjete u svemiru, nazvane svemirskim vremenom, što može utjecati na tehnologiju na koju se oslanjamo, poput satelita i električnih mreža. Ipak, još uvijek mnogo toga ne znamo o prstenastoj struji.

NASA se priprema za lansiranje misije STORIE (Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution) osmišljene kako bi pružila jedinstven pogled iznutra prema van na prstenastu struju, čije je lansiranje je planirano za svibanj na 34. komercijalnoj misiji SpaceX-a za opskrbu Međunarodne svemirske postaje.

Misija leti kao dio korisnog tereta Svemirskog testnog programa – Houston 11 (STP-H11), partnerstva između američkih Svemirskih snaga i NASA-e. Nakon što se robotski instalira na vanjštini svemirske postaje, STORIE će promatrati prstenastu struju prema van, pomažući znanstvenicima da odgovore na dugogodišnja pitanja o tome kako raste i skuplja se te od kakvih se čestica sastoji.

„Ove čestice imaju važan utjecaj na svemirsko vrijeme“, rekao je Alex Glocer, glavni istraživač STORIE-ja u NASA-inom Centru za svemirske letove Goddard u Greenbeltu, Maryland, gdje je instrument dizajniran i konstruiran. „Želimo razumjeti kako se ta zarobljena populacija stvara i odakle dolazi.“

Ovi detalji su posebno važni tijekom solarnih oluja, kada izljevi sa Sunca mogu dovesti do magnetskih poremećaja na Zemlji. Slična Zemljinim  Van Allenovim radijacijskim pojasevima, ali ispunjenim česticama niže energije, prstenasta struja ima tendenciju dramatičnijih fluktuacija u veličini, obliku i intenzitetu nego što to čine radijacijski pojasevi tijekom solarnih oluja.

Osim toga, u prstenastoj struji, pozitivno i negativno nabijene čestice teku u suprotnim smjerovima, stvarajući električne struje. Dakle, promjene tamo mogu dovesti do magnetskih fluktuacija i induciranih struja na tlu, što potencijalno može utjecati na cjevovode i dalekovode.

Prstenasta struja također može doprinijeti nakupljanju naboja na površini satelita u Zemljinoj orbiti, što može izazvati kvarove svemirskih letjelica. Osim toga, kada se energija u prstenastoj struji poveća, dio te energije prenosi se u gornju atmosferu, zbog čega se zagrijava, ispuhuje i stvara veći otpor satelitima, što može uzrokovati brži deorbitalni povratak svemirske letjelice nego što se očekivalo.

"Međutim, teško je izravno proučavati prstenastu struju jer su čestice unutar nje nevidljive. Ne možete ih samo snimiti kamerom“, objasnio je Glocer.

Umjesto toga, STORIE će skenirati sjaj energetski neutralnih atoma, koji nastaju kada nabijene čestice zarobljene u prstenastoj struji uspiju pobjeći. Čestice zarađuju svoju slobodu krađom elektrona iz Zemljine vanjske atmosfere, poznate kao egzosfera, i postaju neutralne.

„Nakon što te nabijene čestice postanu neutralne, više ne osjećaju učinke Zemljinog magnetskog polja i više nisu zarobljene“, rekao je Glocer. „Mogu jednostavno odletjeti u bilo kojem smjeru.“

Mjerenjem brzine i smjera ENA-a, STORIE bi mogao pomoći u odgovorima na dugogodišnja pitanja o podrijetlu čestica u prstenastoj struji, jesu li one opskrbljene strujom čestica koje teku sa Sunca, poznatom kao solarni vjetar, ili sa Zemlje.

Tim je dizajnirao instrument kako bi posebnu pozornost posvetio pozitivno nabijenim atomima kisika (O+) jer, prema Gloceru, „kada vidite kisik, on dolazi iz atmosfere. Vrlo malo toga dobivate iz solarnog vjetra.“ Ako STORIE pronađe puno atoma kisika, znanstvenici će znati da prstenastu struju uglavnom osigurava Zemljina atmosfera, a ne solarni vjetar.

Glocer i drugi znanstvenici također žele otkriti nakuplja li se populacija nabijenih čestica u prstenastoj struji u brzim naletima ili polako i postupno.

Tijekom svoje šestomjesečne misije, STORIE će pratiti kako se prstenasta struja mijenja tijekom vremena i omogućiti znanstvenicima da usporede njezino ponašanje tijekom solarnih oluja u odnosu na vrijeme kada je Sunce mirno.

Uvidi iz STORIE-a pomoći će nam da bolje razumijemo kako Zemlja reagira na solarne oluje, poboljšamo predviđanja svemirskog vremena i pomognemo u ublažavanju učinaka svemirskog vremena na tehnologiju o kojoj čovječanstvo ovisi.