Halálos sugárzás érkezhet a Napból a Földre

Egy napkitörés képe a látható fény tartományában

A Nap néha – megjósolhatatlan módon – olyan nagyenergiájú részecskéket okád ki magából, amelyek károsítják nemcsak a műholdakat, de az űrhajósok, sőt, a repülőkön utazók egészségét is. Fizikusok most olyan szuperszámítógépes modellel álltak elő, amely segít megérteni ezeket a részecskezuhatagokat.

Az asztrofizikusok évtizedek óta próbálkoznak egy bosszantó űridőjárási probléma megoldásával: időről időre – sohasem tudni előre, mikor – olyan nagyenergiájú részecskék záporoznak a világűrből a Földre és a földi atmoszférán kívüli objektumokra, amelyek veszélyeztethetik az űrutazók egészségét, és komoly kárt tehetnek a műholdak elektromos berendezéseiben.

Ezek a részecskekitörések olyan erős sugárzást kelthetnek a légkörben, amely eléri az Északi Sark fölött elszálló repülők utasait.

A tudósok minden erőfeszítése ellenére makacsul tartja magát a rejtély, hogy e kitörések vajon miként alakulnak ki és milyen időbeli mintázatban fordulnak elő.

A Columbia Egyetem Csillagászati és Asztrofizikai Laboratóriumának kutatói, Luca Comisso és Lorenzo Sironi az Astrophysical Journal Letters szakfolyóiratban elsőként publikáltak egy olyan tanulmányt, amelyben szuperszámítógépek segítségével próbálják szimulálni, mikor és hogyan születnek e nagyenergiájú részecskék a Nap atmoszférájához hasonló turbulens viszonyok között.

Kutatásuk megteremti annak lehetőségét, hogy a jövőben pontosabban jósolhassuk a veszélyes részecskekitörések kialakulásának időpontját.

Illusztráció Forrás: NASA/SDO/AIA/Goddard Space Flight Center

„Ennek az izgalmas új kutatásnak köszönhetően jobban tudjuk magyarázni a Napból származó nagyenergiájú részecskék eredetét, és növelhetjük az űridőjárást előrejelző modelljeink pontosságát, ami kulcsfontosságú cél a NASA és a világ összes többi űrügynöksége számára" – nyilatkozta Comisso, hozzátéve: a Naphoz legközelebb férkőző űrszondánk, a NASA Parker Napszondája a következő pár éven belül ellenőrizni tudja majd a cikk számításait, mert képes lesz közvetlenül megfigyelni a nap külső légkörében generálódó nagyenergiájú részecskék jósolt eloszlását.

„Ion- és elektrongyorsulás a teljesen kinetikus plazmaturbulenciában" című publikációjukban Comisso és Sironi bemutatják, hogy a Nap külső légkörének mágneses mezői az ionokat és elektronokat a fénysebességet megközelítő sebességre gyorsíthatják. A Nap és más csillagok külső légkörében a részecskék plazmaállapotban vannak, amely a folyékony, gáz- és szilárd halmazállapotoktól lényegesen eltérő, erősen turbulens halmazállapot. A tudósok régóta úgy vélekednek, hogy a Nap plazmájában nagyenergiájú részecskék keletkeznek, de a plazmában annyira szeszélyesen és megjósolhatatlanul mozognak a részecskék, hogy mostanáig nem sikerült kideríteni, hogyan és mikor történik ez.

Illusztráció Forrás: NASA / MAVEN

A Columbia Egyetem, a NASA és a Nemzeti Energiakutatási Tudományos Számítási Központ (National Energy Research Scientific Computing Center) szuperszámítógépeinek felhasználásával Comisso és Sironi olyan szimulációkat készítettek, amelyek pontosan megmutatják az elektronok és ionok mozgását a Nap plazmájában.

Ezek a szimulációk hűen tükrözik a Nap légkörében uralkodó körülményeket, ezzel a jelenleg legteljesebb adatgyűjteményt szolgáltatják a nagyenergiájú részecskék születésének mikéntjére nézve.

A kutatás olyan kérdéseket válaszol meg, amelyek legalább 70 éve foglalkoztatják a területen tevékenykedő tudósokat. A híres fizikus, Enrico Fermi 1949-ben kezdte vizsgálni az űrbéli mágneses mezőket mint a Föld légkörébe belépő, általa kozmikus sugaraknak nevezett nagyenergiájú részecskék lehetséges forrásait. Azóta sok tudós gyanította már, hogy a Nap plazmájából eredhetnek ezek a titokzatos részecskék, de egyikük sem tudta ezt meggyőzően bizonyítani.

Illusztráció Forrás: NASA

Comisso és Sironi munkája, melyet a NASA és a National Science Foundation támogatásával végeznek, jelentőségében messze túlmutat a saját naprendszerünkön. A világegyetemben megfigyelhető anyag döntő hányada plazma-állapotú. Mivel nagyenergiájú részecskéket nemcsak a Nap környezetében, hanem az univerzum számos vidékén, így a fekete lyukak és a neutroncsillagok környékén is rendszeresen megfigyelnek,

fontos új kutatási terület annak tisztázása, hogy a plazmát alkotó egyes részecskék miként gyorsulhatnak fel ezekre a magas energiaszintekre.

Míg a két kutató frissen megjelent közleménye kimondottan a Napra fókuszál, további szimulációkat lehet majd lefuttatni más kontextusokban, így jobban beleláthatunk abba, hogyan generálják a maguk nagyenergiájú kitöréseit a távoli csillagok, a fekete lyukak és a világegyetem egyéb messzi képződményei.

Bár eredményeink a Napra összpontosítanak, kiindulópontnak is tekinthetjük őket a távoli csillagok és fekete lyukak körüli nagyenergiájú részecskék keletkezésének megértése felé

– szögezte le Comisso. – Még éppen csak a felszínét kapargatjuk annak, mi mindent mondhatnak el nekünk a szuperszámítógépes szimulációk e részecskék születéséről univerzum-szerte."