van-allen-header

Van Allenovy pásy chrání Zemi před slunečním větrem

Jakob Haver Vesmír, astronomie 14 Komentářů

David F. Coppedge

Z Creation-Evolution Headlines přeložil Václav Dostál, editace a doplnění Jakob Haver – 06/2018

van-allen

James Alfred Van Allen (1914-2006) Zdroj: Wikimedia Commons

Geofyzici si stále lámou hlavu nad tím, jak zemské magnetické pole a Van Allenovy radiační pásy chrání povrch [Země] od smrtících částic slunečního větru.

Van Allenovy pásy jsou laloky vysokoenergetických částic nad atmosférou, vytvořené jako důsledek geomagnetického pole. Poprvé je objevil Dr. James Van Allen z Univerzity Iowa použitím přístrojů na palubě družic Explorer, navržených průkopníkem kosmických sond JPL Dr. Henrym Richterem. Vědce tyto pásy dlouho mátly. Dvojice kosmických sond zvaná Van Allen Probes  shromažďovala data o pásech už od r. 2012. Magnetospheric Multiscale Mission (MMS)  z NASA také shromažďovala data od r. 2015. Elizabeth Howell poskytuje tento přehled o Van Allenových pásech na Space.com, kde říká:

  • Při 60. výročí Exploreru 1 NASA uvedla, že studie Van Allenových pásů jsou dnes ještě důležitější. „Naše současná technologie je na tyto urychlené částice stále citlivější, protože i jen jediný náraz částice může neustále se zmenšující přístroje a elektroniku narušit,“ řekl ve zprávě z r. 2018 David Sibeck, vědec mise Van Allenových sond při Goddardově centru kosmických letů NASA v Marylandu. „S pokrokem technologie je opravdu ještě naléhavější pochopit a předvídat naše vesmírné prostředí.“

Zde jsou další zprávy o tom, co tyto struktury pro nás dělají:

Šok na přídi

Jak se sluneční vítr při dopadu na zemské magnetické pole změní z vichřice na příjemný vánek

(University of Maryland) Animace slunečního větru často ukazují částice proudící ze Slunce přímo na Zemi, ale naše planeta brázdí pole na své oběžné dráze, přičemž kdyby neexistovala ochrana planety poskytovaná magnetickým polem, částice by na naši domovinu narážely zvýšenou rychlostí. Tisková zpráva vysvětluje:

  • Jak Země obíhá Slunce nadzvukovou rychlostí, prořezává si cestu slunečním větrem. Tento rychlý proud nabitých částic neboli plazmatu, odpalovaný z vnějších slunečních vrstev, by bombardoval zemskou atmosféru, kdyby neexistovala ochrana magnetickým polem.
  • Stejně jako příď motorového člunu dělá vlnu ve tvaru oblouku, když se tlačí vodou, tak i Země při proletu slunečním větrem vytváří podobný účinek, zvaný bow shock (rázová vlna). Nová studie vedená Univerzitou v Marylandu popisuje prvá pozorování procesu elektronového ohřevu, který se děje v zemské rázové vlně.
van-allen-1

Obrázek 1: Oblouk rázové vlny (modře) s Van Allenovými pásy uvnitř (růžová). (Credit: NASA)

(Poznámka VD: U Země je ovšem prohnutý pás kolmý na směr jejího pohybu, kdežto u člunu je ve směru jeho pohybu. Proto nelze rázovou vlnu u Země vysvětlit jejím „prodíráním“ slunečním větrem, vyvrhovaným Sluncem.)

Článek je publikován v Physical Review Letters. Nejprve se to jevilo jako špatná zpráva, než se to vzápětí obrátilo ve zprávu dobrou:

  • Badatelé zjistili, že když se elektrony ve slunečním větru setkají s rázovou vlnou, okamžitě zrychlí na tak vysokou rychlost, že se tok elektronů stává nestabilním a rozpadá se. Tento proces rozpadu sebere elektronům jejich rychlost a přemění tuto [kinetickou] energii na teplo.
  • „Kdybyste stál na vrcholu hory, mohl byste být rychlým větrem sražen k zemi,“ vysvětluje Li–Jen Čen, vedoucí autorka studie a partnerská výzkumnice na odboru astronomie UMD. „Naštěstí, jak sluneční vítr narazí na zemské magnetické pole, rázová vlna nás ochrání zpomalením tohoto větru a změní jej na příjemný, teplý vánek. Nyní máme o tom, jak to probíhá, lepší představu.

Není to tření, co zpomaluje vražedné elektrony, je to kolaps proudu elektronů následkem nestability. Toto je z výsledků měření kosmické sondy novým objevem. „Studium elektronového ohřevu je důležité nejen pro porozumění tomu, jak rázová vlna chrání Zemi, ale potenciálně i pro družice, vesmírné cesty a v budoucnu možná i pro výzkum jiných planet,“ říká Li–Jen Čen z Univerzity v Marylandu, vedoucí autorka studie. Její komentář vyvolává pochybnost, zda exoplanety bez takového mechanismu mohou být obyvatelné. Richterova kniha Kosmická loď Země navozuje otázku, zda ochranné magnetické pole může přetrvat milióny let.

van-allen-2

Obrázek 2: Van Allenovy pásy uvnitř magnetického pole. (Credit: NASA)

Zemské magnetické pole je nemilosrdná mašina, která drtí sluneční vítr

(Space.com) Brandon Specktor poznamenává, že rozpad toku elektronů se odehrává jen v  90 milisekundách – v devíti setinách sekundy. „Kdyby nebylo tohoto nově objeveného procesu,“ říká, „Země by byla usmažena“:

  • Země je soustavně bombardována horkým, hustým plazmatem protonů, elektronů a iontů, uvolněných Sluncem v podobě slunečního větru. Podle NASA tyto větry dují celý den a všemi směry vystřelují z naší nejbližší hvězdy rychlostí až 800 kilometrů za sekundu a o teplotách až 1,6 milionu stupňů Celsia. Mohli byste si pomyslet, že by to víc než dost stačilo na to, aby se naše planeta upekla do obrovské obíhající hroudy popela, ale Země a její atmosféra zůstává díky silnému magnetickému poli planety do značné míry nepoškozená.

Vědci se neustále snaží těmto procesům porozumět, uzavírá článek. „Ale nyní si vychutnejme tento laskavý, letní vánek – a vězme, že někde tam nad námi je zemské magnetické pole, které v našem zájmu intenzivně drtí miliardy slunečních elektronů.“

(Poznámka VD: Tady mě napadla slova písně „Krásná je modrá obloha, je zázrak pod ní žít! Písněmi ten dar od Boha můžeme vyjádřit!“ Čtenáři, zpívej ji spolu se mnou.)

Štěbetaví ptáci a rozhoupávači

Audio: Chorus waves (zpívající vlny, zdroj: NASA):

V čem spočívá přínos radiačních pásů: Přehled činného období Van Allenových sond

(Geophysical Research Letters) Pomocí animace elektronů pod vlivem magnetického pole tisková zpráva z NASA-Goddart vysvětluje, jak jsou elektrony v pásech narušovány:

  • Zemi obklopují dva obrovské prstence – zvané Van Allenovy radiační pásyvysoce energetických iontů a elektronů. Různé procesy mohou tyto částice urychlit na relativistické rychlosti, které ohrožují kosmické lodě, pokud mají tu smůlu a vstoupí do těchto obřích pásem ničivého záření. Vědci již dříve odhalili určité faktory, které mohou způsobit, že se částice v těchto pásech stávají vysoce energetickými, ale nevěděli, která příčina je převládající.
  • Nyní s novým výzkumem NASA Van Allenových sond a zadáním Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms (Časový sled událostí a interakcí v makroměřítku během [magnetických] bouří – THEMIS) publikovaných v Geophysical Research Letters, je verdikt znám. Hlavní příčinou je proces známý jako lokální zrychlení, způsobené elektromagnetickými vlnami zvanými chorus waves (zpívající vlny). Tyto vlny urychlují částice stlačením, jako když silná ruka opakovaně zatlačí na houpačku (a tím zrychlí její pohyb – odtud výše v nadpisu výraz  „rozhoupávači“ – swing pushers, pozn. edit.)  Jsou pojmenované podle svých charakteristických zvyšujících se tónů, připomínajících cvrlikání ptáků. Před misí Van Allenových sond nebyl tento proces obecně přijímanou teorií.

Animace elektronů pod vlivem magnetického pole (zdroj: NASA)

Doplňující informace

Radiální přenos vysoce energetických kyslíkových iontů hluboko do vnitřní magnetosféry, pozorovaný Van Allenovými sondami

(Geophysical Research Letters):

  • „Jsme toho názoru, že vysokoenergetické kyslíkové ionty jsou přenášeny do vnitřní magnetosféry selektivně, kombinací dvou rezonancí: proudovou rezonancí a ozvěnou proudové rezonance.“

Vysvětlení zřejmě neproniknutelné bariéry pro ultra-relativistické elektrony ve vnějším Van Allenově pásu

(Nature Communications):

  • Nedávná pozorování ukázala existenci zjevně neproniknutelné bariéry na vnitřním okraji ultra-relativistického elektronového radiačního pásma. Tato neprostupná bariéra nebyla vysvětlena… Na rozdíl od předchozích tvrzení, nejsou ostré hranice rychlých ztrátových procesů v bariéře nutné. Kromě toho jsme ukázali, že průnik do bariéry může nastat v časovém rozmezí spíše dnů než roků, jak bylo popisováno dříve, přičemž rozsah pásma směrem k Zemi je omezen konečným trváním silného slunečního větru, což může zahrnovat jen jedinou geomagnetickou bouři.

Aktualizace 12. 6. 2018

Astrobiology Magazine uvádí, že vědci European Space Agency (Evropská kosmická agentura – ESA) se snaží pochopit, jak sluneční vítr dopadá na horniny Měsíce a Merkuru. Většina částic slunečního větru se skládá z iontů vodíku (protonů) a iontů hélia, ale také ze směsi některých těžších atomů. Tyto částice mohou dopadat na povrch hornin rychlostmi 400 až 800 km za sekundu, horninu tříští a uvolňují atomy v procesu zvaném sputtering (naprašování). Zemi erozivní poškození neohrožuje:

  • Planety a měsíce naší sluneční soustavy jsou neustále bombardovány částicemi vystřelovanými ze Slunce. Kromě [vzniku] úchvatné polární záře to nemá na Zemi skoro žádný účinek, protože hustá atmosféra a magnetické pole Země nás před těmito částicemi slunečního větru chrání. Ale na Měsíci či na Merkuru jsou jiné poměry. Tam jsou nejvyšší vrstvy hornin postupně erodovány dopady slunečních částic.

Soustavné bombardování a uvolňování částic naprašováním vytváří kolem Měsíce a Merkuru tenkou „exosféru“, kterou vědci mohou dálkově studovat jako vodítko pro určování struktury povrchu. „Účinek bombardování slunečním větrem je v některých případech mnohem drastičtější, než jsme si dříve mysleli,“ vysvětluje článek, protože těžší částice mají nejen větší hmotnost, ale mohou nést několik úrovní náboje (tj. chybí jim několik elektronů). Jejich dopad na povrch může atomizovat horniny v záblesku kinetické a elektrické energie.

Článek poznamenává, že „nejvyšší vrstvy hornin jsou postupně erodovány dopadem slunečních částic,“ ale nezmínil, jaké účinky bychom měli očekávat po milionech nebo miliardách let. Start první mise ESA na Merkur pod názvem BepiColombo je plánován na říjen 2018.

Když si „vychutnáváme příjemný letní vánek“, musíme mít tyto fyzikální mechanismy na mysli a uvědomit si, že v náš prospěch se jakoby „domluvilo ke spolupráci“ více fyzikálních a chemických zákonů. Sekulární vědci by nás měli přesvědčit, že takových hvězd a planet existuje tolik, že život musí být samozřejmý. Mají velmi shovívavý pohled na to, co mohou očekávat od náhody, a to jak po stránce biologické, tak fyzikální. Dr. Richter v Spacecraft Earth (Kosmická loď Země) stanovuje nějakých 15 činitelů, které při vzájemném působení tvoří naší planetu obyvatelnou. Při použití rozumných odhadů pravděpodobnosti soudí, že všech 15 činitelů současně by ve vesmíru měla méně než jedna planeta! Samozřejmě víme, že aspoň jedna už existuje. Ale je rozumné předpokládat, že obyvatelných planet je jako máku?

Přemýšlejme o tom, jak je to podivné, že fyzikální procesy, jako jsou rázové vlny a zpívající vlny, které nemají se životem nic společného, by měly hrát roli v ochraně života někde hluboko pod sebou, na povrchu planety, mimo dosah své působnosti. (Poznámka VD: To je podle mě také narážka na existenci „panspermie“ v nijak nechráněném kosmickém prostoru nebo na planetě nechráněné magnetickým polem.) Tentýž argument by mohl platit pro fyzikální procesy pod zemským povrchem, jakými jsou přenos minerálních látek a desková tektonika, a pro fyzikální procesy v biosféře, jako jsou oceánské proudy a modely atmosférické cirkulace. Kromě toho existují astronomické důvody, které dělají Zemi obyvatelnou, jako je správný typ hvězdy, přesná vzdálenost od ní a sklon rotační osy, který dává základ pro vznik ročních období. To nevypadá jako nahodilé uspořádání nezávislých, bezduchých procesů. Naopak je to v souladu s tím, co Pán odhalil v Iz 45:18:

  • „Nebo tak praví Hospodin stvořitel nebes, (ten Bůh, kterýž sformoval zemi a učinil ji, kterýž utvrdil ji, ne na prázdno stvořil ji, k bydlení sformoval ji): Já jsem Hospodin, a není žádného více.“ (Kralický překlad)

(Poznámka VD: Za slovem „upevnil“ někteří překladatelé doplňují „na pilířích“, čímž ovšem míní „na pilířích přírodních zákonů“, nikoli na kamenných či betonových stavebních pilířích a už vůbec ne spočívajících na bedrech Atlasových nebo na krunýři kosmické Želvy! Ekumenický překlad: „Toto praví Hospodin, stvořitel nebe, onen Bůh, jenž vytvořil zemi, jenž ji upevnil, nestvořil ji, aby byla pustá, vytvořil ji k obývání: „Já jsem Hospodin [Pán] a jiného už není.“ Země je „uprostřed“ děsivé kosmické prázdnoty, nejen obyvatelná, ale obývaná obrovským počtem hemžících se tvorů.  Je to naprosto výjimečná planeta, jaká neexistuje doslova široko daleko! Viz znovu film „Jedinečná planeta“ na youtube.com, který je výše popsanými jevy doplněn.)

14
Komentujte

Please Přihlásit to comment
13 Comment threads
1 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
5 Comment authors
adminJoelVáclav DostálJiří ZelinkaStoura Recent comment authors
  Subscribe  
Upozornit na
Václav Dostál

Oznamuji, že jsem splnil svůj slib – článek (s malými úpravami) jsem dopnlnil skoro celou diskuzí a přidal jeśem několik citátů o magn. polích planet – a umístil na svůj web: „Van Allenovy pásy chrání Zemi“ (http://vaclavdostal.8u.cz/van_allenovy_pasy.pdf)

Stoura
Stoura

Myslím, že chápání či nechápání poznámky o prodírání slunečním větrem a směru vzniklého šípu by mnohem lépe vyniklo, kdyby v obrázku byl zakreslen i zmíněný sluneční vítr. Asi odobně, jako je to na druhém schematickém obrázku téhož jevu, vloženém panem Zelinkou do diskuse. V obou případech vodorovně zleva.

Václav Dostál

Chápání V některých momentech mé diskuze o informaci se zdálo (jevilo), že by bylo možno se Stourou diskutovat. Avšak nyní je zřejmé, že to možné není. Tento svůj dávný poznatek jsem při té diskuzi pominul a udělal jsem chybu, když jsem na chvíli předpokládal, že S se „polepšil.“ Myslím, že tento člověk se napravit NECHCE a ani o tom neuvažuje. Pyšný je značně. Je mi to líto, protože „pýcha předchází pád.“ Kladné na tom je, že si můžeme vzít ponaučení a nadále usilovat o pokoru – nyní se zvýšenou intenzitou.… Číst vice »

admin
admin

Chápání českých konzumentů těchto informací

Ať se dívám, jak se dívám, jediný kdo tu něco neustále nechápe, je stoura, což dostatečně dokresluje nepochopení ani něčeho tak jasného, jako je poznámka VD pod obrázkem v českém překladu.

Stoura
Stoura

Pro Jiží Zelinka:
Já bych to asi nechal. Chápání českých konzumentů těchto informací myslím dostatečně dokresluje poznámka VD pod obrázkem v českém překladu. A to anglickjazyčné autory nejspíš nemusí zajímat.

Jiří Zelinka
Jiří Zelinka

stoura – měly by tam být věci, o kterých článek je

Doporučuji vám podat si stížnost přímo u zdroje – https://crev.info/2018/06/van-allen-belts-protect-earth-solar-wind/ – s tím, že v Česku jsou co do chápavosti určité vyjímky a potřebují to podat na lepším talíři.

Stoura
Stoura

Pro Jiří Zelinka: směr slunečního větru Právě proto, že se jedná o článek pro veřejnost, v obrázku by nemusely být zbytečné věci o kterých článek není (meziplanetární magnetické pole) ale měly by tam být zakresleny věci, o kterých článek je (sluneční vítr). Jinak je to matoucí. Zvlášť pokud je to doplněno poznámkou, která vztah rázové vlny a směru slunečního větru ještě víc zatemňuje. Protože analogie s loďkou a vlnou kolem přídě je zrovna v tomto případě po laické pochopení celkem dobrá. Podobně je poněkud geocentrické považovat ochranu Země za prazváštní,… Číst vice »

Joel
Joel

výborný článek! Místo planých diskusí by stačilo spočítat kolik těch náhod, které způsobili, že jsme tady, vlastně je ;

Jiří Zelinka
Jiří Zelinka

stoura – Pokud všichni vědí o co jde Dobře víte, že se nejedná o vysoce odbornou studii se všemi detaily, ale že především jde o to ukázat, že Země má jakousi bariéru, která nedovolí slunečnímu větru proniknout. Příměr s loďkou je samozřejmě jen příměr, a jako takový tedy nutně kulhá. Také je potřeba si uvědomit, že Země je kulatá a loďka ne – takže kulaté těleso se vodou (kosmickým prostorem) „prodírá“ jinak, než podlouhlá loďka. Ale o tom tu přece nechtěl ten článek dalekosáhle vyprávět, jde tady jen o poukaz… Číst vice »

Stoura
Stoura

ad Důležitá je EXISTENCE tohoto čerstvě objeveného pásu (rázové vlny)
– Pro upřesnění by bylo dobré uvést, že rázová vlna samotná byla objevena někdy v období kolem roku 1962-1963. Nový je zřejmě jen prozkoumaný mechanismus toho ohřevu.
– Z článku není moc jasné, co přesně se myslí „rychlostí“ elektronů. Je to obvodová rychlost, jíž provádějí v zemském magnetickém poli Larmorovu rotaci, nebo jen pohyb středu dráhy, dané touto rotací? Ohřev a zpomalení totiž mohou být být způsobeny právě změnou perspektivy pohledu.

Stoura
Stoura

pro Jiří Zelinka: Pokud všichni vědí o co jde, tak proč podom VD do článku napsal následunící? „Poznámka VD: U Země je ovšem prohnutý pás kolmý na směr jejího pohybu, kdežto u člunu je ve směru jeho pohybu. Proto nelze rázovou vlnu u Země vysvětlit jejím „prodíráním“ slunečním větrem, vyvrhovaným Sluncem.)“ Pokud by věděl oč jde, tak by mu přece mělo být jasné, že v analogii s loďkou se jedná například o prodírání převoznické loďky skrz rychle proudící tok řeky. Loďka se pomalu pohybuje vůči břehům napříč proudem, ale rychlost… Číst vice »

Václav Dostál

V textu je přirovnání ochranné rázové vlny (brzdící elektrony) k „šípu“ vytvářeného na hladině vody motorovým člunem. Jenže nesouhlasí směr: u člunu je ve směru jeho pohybu, u Země je (přibližně) kolmo k jejímu pohybu (okolo Slunce).
Důležitá je EXISTENCE tohoto čerstvě objeveného pásu (rázové vlny) Tento pás brzdí elektrony a jiné částice slunečního větru, takže z „tajfunu“ těchto částic se stává „vánek.“

Jiří Zelinka
Jiří Zelinka

stoura – bílé čáry, pokud mají znázorňovat sluneční vítr, míří špatně.

Obrázek není popsán, protože chce ukázat především ten oblouk rázové vlny. Na jiném obrázku jsou tyto čáry pojmenovány jako linie meziplanetárního magnetického pole (viz níže) – ale asi všichni víme, o co tu jde, ne? – viz možná názornější spodní obrázek)
comment image
comment image

Stoura
Stoura

Drobná poznámka k obrázku 1:
Nevím, kdo ten obrázek maloval, ale ty bílé čáry, pokud mají znázorňovat sluneční vítr, míří špatně.
Sluneční vítr je přibližně o řád rychlejší, než rychlost, jíž Země obíhá kolem Slunce. Přichází tedy ze směru jen o několik stupňů (odhadem 3-7°) odlišném od směru ke Slunci. Obrázek, kde je nakreslen, jako by přicházel skoro od pólu, je tedy špatně.