Nghệ sĩ minh họa trên tàu vũ trụ ESA cụm nổi trên Trái đất. Tín dụng hình ảnh: ESA Bấm để phóng to
Nhiệm vụ Cụm ESA đã tiết lộ một cơ chế sáng tạo mới của electron electron sát thủ - các electron có năng lượng cao, chịu trách nhiệm phá hủy các vệ tinh và gây nguy hiểm nghiêm trọng cho các phi hành gia.
Trong năm năm qua, một loạt các khám phá của nhiệm vụ Cụm đa tàu vũ trụ đã nâng cao đáng kể kiến thức của chúng ta về cách thức, nơi và trong những điều kiện mà các electron sát thủ này được tạo ra trong từ quyển của Trái đất.
Các phép đo vệ tinh ban đầu vào những năm 1950 đã tiết lộ sự tồn tại của hai vòng hạt năng lượng vĩnh cửu trên Trái đất.
Thường được gọi là vành đai bức xạ ‘Van Allen, chúng chứa đầy các hạt bị giữ lại bởi từ trường Earth. Các quan sát cho thấy vành đai bên trong chứa một quần thể proton khá ổn định, trong khi vành đai bên ngoài chủ yếu gồm các electron với số lượng thay đổi nhiều hơn.
Một số electron của vành đai ngoài có thể được gia tốc lên năng lượng rất cao, và đó là những electron electron giết người có thể xuyên qua lớp vỏ dày và làm hỏng các thiết bị điện tử vệ tinh nhạy cảm. Môi trường bức xạ cực mạnh này cũng là mối đe dọa đối với các phi hành gia.
Trong một thời gian dài, các nhà khoa học đã cố gắng giải thích tại sao số lượng hạt tích điện bên trong vành đai lại thay đổi rất nhiều. Bước đột phá lớn của chúng tôi đã đến khi hai cơn bão không gian hiếm hoi xảy ra gần như quay trở lại vào tháng 10 và tháng 11 năm 2003.
Trong các cơn bão, một phần của vành đai bức xạ Van Allen đã bị rút điện tử và sau đó được cải tổ gần Trái đất hơn trong một khu vực thường được cho là tương đối an toàn cho các vệ tinh.
Khi các vành đai bức xạ được cải tổ, chúng không tăng theo một lý thuyết gia tốc hạt dài, được gọi là ’khuếch tán xuyên tâm. Lý thuyết khuếch tán xuyên tâm coi các đường sức từ của Trái đất giống như các dải đàn hồi.
Nếu các ban nhạc bị gảy, họ chao đảo. Nếu chúng lắc lư với tốc độ giống như các hạt trôi xung quanh Trái đất thì các hạt đó có thể được điều khiển qua từ trường và tăng tốc. Quá trình này được thúc đẩy bởi hoạt động năng lượng mặt trời.
Thay vào đó, một nhóm các nhà khoa học châu Âu và châu Mỹ do Tiến sĩ Richard Horne thuộc Cơ quan Khảo sát Nam Cực thuộc Anh, Oxford, Anh, đã sử dụng dữ liệu từ Cụm và máy thu mặt đất ở Nam Cực để chỉ ra rằng sóng tần số rất thấp có thể gây ra gia tốc hạt và tăng cường dây đai.
Những sóng này, được đặt tên là ‘hợp xướng, là phát xạ điện từ tự nhiên trong dải tần số âm thanh. Chúng bao gồm các yếu tố riêng biệt có thời lượng ngắn (chưa đến một giây) nghe giống như điệp khúc của những con chim hót khi mặt trời mọc. Những sóng này là một trong những cường độ mạnh nhất trong từ quyển ngoài.
Số lượng electron electron giết người có thể tăng lên gấp ngàn lần vào lúc cao điểm của một cơn bão từ và trong những ngày tiếp theo. Hoạt động năng lượng mặt trời mạnh mẽ cũng có thể đẩy vành đai ngoài gần Trái đất hơn rất nhiều, do đó phải chịu các vệ tinh ở độ cao thấp hơn trong môi trường khắc nghiệt hơn nhiều so với thiết kế.
Lý thuyết khuếch tán xuyên tâm vẫn còn hiệu lực trong một số điều kiện địa vật lý. Trước phát hiện này, một số nhà khoa học nghĩ rằng phát xạ hợp xướng không đủ hiệu quả để giải thích cho việc cải tổ vành đai bức xạ bên ngoài. Điều mà Cluster đã tiết lộ là trong một số điều kiện địa vật lý bị xáo trộn mạnh, phát thải hợp xướng là đủ.
Nhờ khả năng đo đa điểm độc đáo của Cụm, kích thước đặc trưng của các vùng nguồn hợp xướng này đã được ước tính lần đầu tiên.
Các kích thước điển hình đã được tìm thấy là vài trăm km theo hướng vuông góc với từ trường Trái đất và vài nghìn km theo hướng song song với điều này.
Tuy nhiên, kích thước được tìm thấy cho đến nay được dựa trên nghiên cứu trường hợp. Trong điều kiện từ trường bị xáo trộn, các vùng nguồn hợp xướng tạo thành các vật thể giống như spaghetti dài và hẹp. Câu hỏi đặt ra bây giờ là liệu các thang đo vuông góc rất thấp này có phải là một đặc tính chung của cơ chế hợp xướng hay chỉ là một trường hợp đặc biệt của các quan sát được phân tích, ông cho biết Ondrej Santolik, thuộc Đại học Charles, Prague, Cộng hòa Séc, và tác giả chính của kết quả này.
Do sự phụ thuộc ngày càng tăng của chúng tôi vào các công nghệ và thông tin liên lạc trên không gian, sự hiểu biết về cách thức, trong điều kiện và nơi mà các electron sát thủ này được tạo ra, đặc biệt là trong thời kỳ bão từ, có tầm quan trọng rất lớn.
Nguồn gốc: Cổng thông tin ESA
