Kosmiczny trójkąt bermudzki

Japoński satelita Arase, przeznaczony do badania pasów radiacyjnych wokół Ziemi. Rys. ISAS/JAXA Japoński satelita Arase, przeznaczony do badania pasów radiacyjnych wokół Ziemi. Rys. ISAS/JAXA

W regionie na wschód od Morza Karaibskiego fascynaci pseudonauki odnaleźli tajemniczą strefę zwaną Trójkątem Bermudzkim. Kto go nie unika, naraża siebie na zaginiecie, śmierć, a może i spotkanie z „obcymi”. Trójkąt Bermudzkim to bujda. Ale osiem tysięcy kilometrów na południe od niego znajdziemy obszar, w którym goście z kosmosu wielokrotnie atakowali ziemskie statki. I to na oczach naukowców! Ta strefa to obszar anomalii południowoatlantyckiej (ang. south atlantic anomaly często nazywanej skrótowo „SAA”).

Ziemia nieustannie bombardowana jest cząstkami promieniowania wysokoenergetycznego, pochodzącymi głównie ze Słońca oraz z głębi Wszechświata. Nie docierają one do powierzchni planety dzięki obecności pola magnetycznego i atmosfery. Cześć cząstek jest więziona przez magnetosferę w tzw. pasach Van Allena (zewnętrznym i wewnętrznym). Każdy z pasów ma postać torusa, którego dokładny kształt jest narzucony przez bieg linii pola magnetycznego.

Schemat rozmieszczenia pasów radiacyjnych wokół Ziemi. Zauważ, że środek pola magnetycznego nie pokrywa się ze środkiem Ziemi. W efekcie w pewnym miejscu wewnętrzny pas radiacyjny "schodzi" bliżej powierzchni planety. To właśnie obszar anomalii południowoazjatyckiej. Rys. Wikipedia (zaadaptowany)
Schemat rozmieszczenia pasów radiacyjnych wokół Ziemi. Zauważ, że środek pola magnetycznego nie pokrywa się ze środkiem Ziemi. W efekcie w pewnym miejscu wewnętrzny pas radiacyjny “schodzi” bliżej powierzchni planety. To właśnie obszar anomalii południowoazjatyckiej. Rys. Wikipedia (zaadaptowany)

Pasy Van Allena są symetryczne względem środka pola magnetycznego, jednak jego położenie nie pokrywa się z geometrycznym środkiem planety. Środek magnetyczny jest przesunięty w stronę północnego Pacyfiku, nad którym pole magnetyczne jest nieco silniejsze i wewnętrzny pas Van Allena oddala się od Ziemi. Na antypodach – południowe wybrzeże Brazylii – pole magnetyczne jest słabsze i pas Van Allena sięga bliżej powierzchni planety. Automatycznie bliżej powierzchni pojawiają się wysokoenergetyczne cząstki. Obszar ich występowania to właśnie anomalia południowoatlantycka.

Wzrost koncentracji cząstek naładowanych (protonów o energii >100 MeV, elektronów >100 keV) notowany jest od wysokości 200 km do 20000 km. Im wyżej, tym zasięg anomalii jest większy. Na wysokości 500 km SAA obejmuje strefę między równikiem i równoleżnikiem 50°N, oraz południkami 90°W i 40°E. Z każdym rokiem centrum SAA przesuwa się na zachód o około 0.3°, co wynika z dynamiki jądra Ziemi.

SAA jest zagrożeniem dla sztucznych satelitów, w tym teledetekcyjnych – przeznaczonych do obserwowania powierzchni Błękitne Planety. Cząstka o dużej energii trafiając we wrażliwe komponenty pokładowej elektroniki, może zakłócić, a w najgorszym razie nawet zakończyć pracę satelity (lub instrumentu). Ryzyko wzrasta przy zwiększonej aktywności słonecznej.

W połowie czerwca 2001 roku satelita Terra przestał działać po przelocie przez SAA. Udało się go przywrócić do pracy po dwóch tygodniach. Podobna przygodę Terra przeżył już wcześniej, w 1999 roku, zaledwie dzień po starcie – czasowej awarii uległa elektronika anteny. Od września 2016 roku SSA daje się we znaki satelicie CALIPSO. Zainstalowany na jego pokładzie laser notuje w strefie SSA nieprawidłowe odczyty. Inżynierowie związani z misją zalecają wręcz pomijanie danych zbieranych w obszarze SSA w czasie analiz naukowych. Na czas przelotu przez SAA (20-25 minut) swoje badania wstrzymuje Kosmiczny Teleskop im. Hubble’a.

Na poniższej animowanej mapie kolorami tęczy zaznaczone zostało natężenie pola magnetycznego Ziemi na wysokości 450 km. Na orbicie o takiej wysokości poruszają się europejskie satelity konstelacji Swarm. Białe kropki wskazują lokalizacje, w których detektory Swarm zarejestrowały niepożądane uderzenia wysokoenergetycznych cząstek. Widać wyraźnie, jak częstość uderzeń wzrasta w obszarze SAA. Dla elektroniki, która nie byłaby zabezpieczona przed promieniowaniem wysokoenergetycznym, każde takie uderzenie może oznaczać koniec misji. [Animacja: ESA/Division of Geomagnetism/DTU Space].

 

Problem SAA dotyka także misji załogowych: wahadłowców i stacji kosmicznych (orbita 300-400 km). Nie chodzi wyłącznie o komputery, które ulegały awariom w czasie przelotu przez SAA. Spotkanie z anomaliom odczuwali także astronauci. W swoich relacjach donoszą, że w czasie obecności w obszarze SAA widzą zagadkowe błyski światła – i to nawet pomimo zamkniętych oczu! Przypuszcza się, że to efekt uderzenia cząstek w delikatne elementy siatkówki oka.

Co znaczy “wiedzieć SAA z zamkniętymi oczami” doskonale ilustruje przypadek sensora MISR satelity Terra (orbita 705 km). MISR ma za zadanie badać atmosferę, w tym szczególnie chmury i aerozole.Na czas startu i rozruchu instrumentu, jego optyka była przysłonięta pokrywą. W efekcie, do detektorów nie miał szans dostać się żaden pyłek, śmieć, ale także foton światła. Mówiąc obrazowo: MISR miał założoną opaskę na oczy.

Między 3 i 16 lutego 2000 roku, w pierwszych dniach misji, MISR rozpoczął rejestrowanie danych, ale wciąż z zaciągnięta osłona optyki. teoretycznie powinien widzieć ciemność. Tymczasem detektory rejestrowały pojawienie się napięcia elektrycznego, wywoływanego uderzeniami energetycznych cząstek. Okazało się, że zagadkowe zjawisko występowało niemal wyłącznie w obszarze pokrywającym się z zasięgiem SAA. MISR rejestrował cząstki z wewnętrznego pasa Van Allena.

Mapa, która powstała z obserwacji instrumentu MISR, wykonanych w czasie, gdy optyka sensora była zakryta. Teoretycznie detektory MISR nie powinny były widzieć nic (poza własnym „szumem”). Tymczasem... nakreśliły piękny obraz zasięgu anomalii południowoatlantyckiej. Rys. NASA/JPL
Mapa, która powstała z obserwacji instrumentu MISR, wykonanych w czasie, gdy optyka sensora była zakryta. Teoretycznie detektory MISR nie powinny były widzieć nic (poza własnym „szumem”). Tymczasem… nakreśliły piękny obraz zasięgu anomalii południowoatlantyckiej. Rys. NASA/JPL

Cząstki wysokoenergetyczne pojawiają się też poza SAA, choć z inną częstością. Są również naturalnym elementem środowisk innych planet, zwłaszcza Jowisza i Saturna. Podróżują także przez przestrzeń międzyplanetarną, czasami uderzając w próbniki kosmiczne. Przypuszcza się, że niektóre sondy, które tajemniczo zamilkły w czasie podróży przez Układ Słoneczny, zostały uśmiercone właśnie wysokoenergetyczną cząstką. Ale to już inna historia…