van-allen-header

Van Allenovy pásy chrání Zemi před slunečním větrem

Jakob Haver Vesmír, astronomie Napsat komentář

David F. Coppedge

Z Creation-Evolution Headlines připravil Václav Dostál, překlad 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.)

Subscribe
Upozornit na
0 Komentáře
Inline Feedbacks
View all comments