Dwie rakiety NASA wystartowały z Alaski prosto w zorzę polarną. Stawką jest zrozumienie tajemniczej czarnej zorzy i lepsza ochrona satelitów oraz astronautów.
NASA uruchomiła z ośrodka Poker Flat Research Range niedaleko Fairbanks w stanie Alaska dwie serie suborbitalnych startów. To krótkie loty tzw. rakiet sondujących – smukłych pojazdów, które nie wchodzą na pełną orbitę, tylko szybkim skokiem wznoszą się na wysokość kilkuset kilometrów, wykonują pomiary i spadają z powrotem w dół.
Tym razem rakiety nie szukały dogodnego okna pogodowego, ale wręcz przeciwnie – polowały na aktywne zorze polarne. To świetliste wstęgi i smugi na niebie, powstające, gdy strumień naładowanych cząstek ze Słońca, zwany wiatrem słonecznym, wpada w ziemskie pole magnetyczne i uderza w górne warstwy atmosfery. W wyniku takich zderzeń atomy i cząsteczki gazów na dużych wysokościach zaczynają świecić charakterystycznymi kolorami – najczęściej zielonym i czerwonym.
Pierwsza z misji o nazwie BADASS (Black and Diffuse Auroral Science Surveyor) wystartowała wczesnym rankiem 9 lutego i wzniosła się na wysokość ok. 360 km. Druga, o kryptonimie GNEISS (Geophysical Non-Equilibrium Ionospheric System Science), wystartowała dzień później z parą rakiet lecących jedna po drugiej na wysokość ok. 319 km. Obie serie lotów trafiły w czynne zorze, co pozwoliło zebrać dane w czasie rzeczywistej burzy na niebie.
Czarna zorza: dziura w świetle i odwrócony ruch elektronów
BADASS została zaprojektowana pod bardzo specyficzny cel: tzw. czarną zorzę. To zjawisko, które na zdjęciach wygląda jak wąskie, ciemne kanały przecinające normalne, świecące pasma zorzy. Zamiast dodatkowego rozbłysku – nagłe wygryzienie fragmentu światła.
Klucz tkwi w kierunku przepływu elektronów. W typowej zorzy elektrony lecą z przestrzeni kosmicznej ku Ziemi wzdłuż linii pola magnetycznego i wzbudzają świecenie gazów atmosferycznych. W czarnej zorzy ten ruch ma się odwracać – część elektronów zamiast spadać w dół, ucieka z powrotem w górę. To tak, jakby ktoś włączył odkurzacz zamiast lampy: zamiast dostarczać energię do świecenia, wyciąga ją z danego obszaru.
Rakieta BADASS wyniosła zestaw precyzyjnych instrumentów, które mierzą pola elektryczne i magnetyczne oraz strumienie cząstek. Dzięki temu badacze mają dane z samego serca tej ciemnej szczeliny w zorzy. Według kierującej misją Marilii Samary wszystko zadziałało zgodnie z planem, a NASA wróciła z wysokiej jakości materiałem do analizy. To pierwsza tak celowana próba uchwycenia czarnej zorzy z bliska, a nie tylko z kamer na ziemi.
Tomograf zorzy: misja GNEISS skanuje prądy w górnej atmosferze
Druga z misji, GNEISS, jest o wiele szerszym projektem, który ma pokazać, jak układa się cały system prądów elektrycznych pod zorzami. Chodzi o elegancką, ale złożoną układankę procesów w jonosferze, czyli zjonizowanej warstwie atmosfery, gdzie gaz jest tak mocno naładowany elektrycznie, iż zachowuje się jak plazma.
W ramach GNEISS NASA wystrzeliła dwie rakiety jedna po drugiej. Każda z nich leciała nieco inną trajektorią przez świecącą zorzę, a na ziemi rozstawiono sieć odbiorników, które rejestrowały zakłócenia i sygnały z górnych warstw atmosfery. Kierująca projektem Kristina Lynch porównuje to do tomografii komputerowej: gdy w medycynie robi się tomografię, maszynie dostarcza się serię zdjęć z różnych kątów, a komputer składa z nich trójwymiarowy obraz wnętrza ciała.
Tu rolę lampy i detektorów przejmują rakiety i stacje naziemne, a zamiast ludzkiego organizmu mamy plazmę pod zorzami. Z zebranych danych naukowcy chcą zbudować przestrzenną rekonstrukcję tego, jak prąd płynie w atmosferze od kosmosu w dół, gdzie się rozgałęzia, a gdzie wytraca energię. To fundamentalna wiedza fizyczna, ale też praktyczne wskazówki, jak zachowuje się ziemska osłona w czasie burz słonecznych.
Zorza to ostrzeżenie dla satelitów i astronautów
Dla inżyniera od satelitów zorza to sygnał ostrzegawczy, iż nad planetą trwa właśnie intensywne bombardowanie cząstkami ze Słońca. Te same procesy, które powodują piękne świecenie, oznaczają gwałtowne zmiany w polu magnetycznym Ziemi i w jonosferze.
Takie zaburzenia, zwane burzami geomagnetycznymi, potrafią zakłócać działanie satelitów, skracać ich orbitę, wprowadzać błędy w systemach nawigacyjnych, a choćby trwale uszkadzać elektronikę. Astronauci przebywający poza osłoną gęstszych warstw atmosfery narażeni są przy tym na zwiększone dawki promieniowania. Na ziemi burze magnetyczne mogą prowadzić do wyłączeń sieci energetycznych, problemów z łącznością radiową i zmian tras samolotów, które omijają najbardziej niespokojne rejony atmosfery.
Lepsze rozumienie tego, jak dokładnie rozkładają się prądy i pola elektryczne pod zorzami, to dla NASA sposób na lepsze prognozowanie skutków takich zjawisk. Chodzi o to, by we właściwym momencie wiedzieć, które orbity są najbardziej zagrożone, jak optymalnie planować trasy satelitów oraz jakie ryzyko niesie konkretna burza słoneczna dla misji załogowych.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
