Biz burada Dünya'da şanslıyız, Dünya'nın manyetosferi tarafından korunan, uygun bir atmosfere sahibiz. Bu koruyucu zarf olmasaydı, yüzeydeki yaşam Güneş'ten kaynaklanan zararlı radyasyon tarafından bombardımana tutulurdu. Bununla birlikte, Dünya'nın üst atmosferi hala yavaş yavaş sızıyor, günde yaklaşık 90 ton malzeme üst atmosferden kaçıyor ve uzaya akıyor.
Ve gökbilimciler bir süredir bu sızıntıyı araştırıyor olsalar da, hala cevaplanmamış birçok soru var. Örneğin, uzaya ne kadar malzeme kaybediliyor, hangi türler ve bu manyetik çevremizi etkilemek için güneş rüzgarı ile nasıl etkileşime giriyor? Bu, son 15 yıldır Dünya'nın manyetik ortamını ölçen dört özdeş uzay aracı serisi olan Avrupa Uzay Ajansı'nın Küme projesinin amacı olmuştur.
Atmosferinizin güneş rüzgarı ile etkileşimini anlamak, önce Dünya'nın manyetik alanının nasıl çalıştığını anlamamızı gerektirir. Yeni başlayanlar için, gezegenimizin iç kısmından uzanır (ve çekirdekteki bir dinamo etkisinin sonucu olduğuna inanılır) ve uzaya kadar uzanır. Manyetik alanımızın etki ettiği bu alan bölgesi manyetosfer olarak bilinir.
Bu manyetosferin iç kısmı, Dünya'dan yaklaşık 20.000 km mesafeye uzanan ve onunla birlikte dönen bir halka şekilli bölge olan plazmasfer olarak adlandırılır. Manyetosfer, içine sıkışan yüklü parçacıklar ve iyonlarla doludur ve daha sonra bölgenin alan çizgileri boyunca ileri geri sıçrayan gönderilir.
Güneşe bakan kenarında, manyetosfer güneş rüzgarı ile karşılaşır - Güneş'ten uzaya akan yüklü parçacık akışı. Temas ettikleri nokta “Yay Şoku” olarak bilinir çünkü manyetik alan çizgileri güneş rüzgârını etrafımızda ve etrafımızda geçerken bir yay şeklini almaya zorlar.
Güneş rüzgarı Dünya'nın manyetosferinin üzerinden geçerken, gezegenimizin arkasında tekrar bir araya gelerek bir manyeto kuyruk oluşturur - sıkışmış plazma tabakaları ve etkileşen alan çizgileri içeren uzun bir tüp. Bu koruyucu zarf olmasaydı, Dünya'nın atmosferi milyarlarca yıl önce yavaşça soyulmuş olacaktı, şimdi Mars'a ait olduğuna inanılan bir kader.
Bununla birlikte, Dünya'nın manyetik alanı tam olarak sızdırmaz bir şekilde kapatılmamıştır. Örneğin, gezegenimizin kutuplarında, güneş parçacıklarının manyetosferinize enerjik parçacıklarla girmesine ve doldurmasına izin veren alan çizgileri açıktır. Bu süreç Aurora Borealis ve Aurora Australis'den (Kuzey ve Güney Işıkları) sorumludur.
Aynı zamanda, Dünya'nın üst atmosferinden (iyonosfer) parçacıklar da aynı şekilde kaçabilir, kutuplardan geçerek uzaya kaybolabilir. Dünya'nın manyetik alanları ve çeşitli parçacıklarla etkileşimi yoluyla plazmanın nasıl oluştuğu hakkında çok şey öğrenmesine rağmen, tüm süreç hakkında çok yakın zamana kadar belirsiz.
ESA’nın Küme misyonu için Proje Bilim İnsanı Yardımcısı Arnaud Masson olarak ESA basın bülteninde şunları söyledi:
“Plazma taşınması ve atmosferik kayıp sorunu hem gezegenler hem de yıldızlar için geçerlidir ve inanılmaz derecede etkileyici ve önemli bir konudur. Atmosferik maddenin nasıl kaçtığını anlamak, bir gezegende yaşamın nasıl gelişebileceğini anlamak için çok önemlidir.. Dünya'nın manyetosferinde gelen ve giden malzeme arasındaki etkileşim şu anda sıcak bir konudur; bu şey tam olarak nereden geliyor? Uzay yamamıza nasıl girdi?“
Atmosferin 5 katrilyon ton madde içerdiği göz önüne alındığında (bu 5 x 1015veya 5.000.000 milyar ton), günde 90 tonluk bir kayıp çok fazla değildir. Ancak, bu sayı düzenli olarak eklenen “soğuk iyon” kütlesini içermez. Bu terim tipik olarak, manyetosfere düzenli olarak (oksijen ve helyum iyonlarıyla birlikte) kaybolduğunu bildiğimiz hidrojen iyonlarını tanımlamak için kullanılır.
Hidrojen atmosferimizden kaçmak için daha az enerji gerektirdiğinden, bu hidrojen plazmasferin bir parçası haline geldiğinde oluşan iyonlar da düşük enerjiye sahiptir. Sonuç olarak, geçmişte tespit edilmesi çok zordu. Dahası, bilim adamları birkaç on yıl boyunca sadece Dünya'nın kutup bölgelerinden gelen ve manyetosferdeki plazmayı yenileyen bu oksijen, hidrojen ve helyum iyonları akışını biliyorlardı.
Bundan önce, bilim adamları Dünya'nın manyetosferindeki plazmadan sadece güneş parçacıklarının sorumlu olduğuna inanıyorlardı. Ancak son yıllarda, diğer iki kaynağın plazmasfere katkıda bulunduğunu anladılar. Birincisi, plazmasfer içinde büyüyen ve diğer yoldan gelen güneş rüzgarı plazması ile etkileşime girdikleri manyetosferin kenarına doğru uzanan sporadik plazma tüyleridir.
Diğer kaynak? Yukarıda belirtilen atmosferik sızıntı. Bu bol oksijen, helyum ve hidrojen iyonlarından oluşurken, soğuk hidrojen iyonlarının en önemli rolü oynadığı görülmektedir. Sadece uzaya kaybolan önemli miktarda madde oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda manyetik ortamımızı şekillendirmede önemli bir rol oynayabilirler. Dahası, şu anda Dünya'nın etrafında dönen uyduların çoğu karışıma eklenen soğuk iyonları, Kümenin yapabileceği bir şey algılayamıyor.
2009 ve 2013'te, Küme probları, Dünya manyetosferine eklenen diğer plazma kaynaklarının yanı sıra güçlerini de karakterize edebildi. Sadece soğuk iyonlar göz önüne alındığında, mekanda kaybedilen atmosfer miktarı yılda birkaç bin tondur. Kısacası, çoraplarını kaybetmek gibi. Çok önemli değil, ama nereye gideceklerini bilmek istiyorsun, değil mi?
Bu, son on buçuk yıldır bu iyonların nasıl kaybolduğunu, nereden geldiklerini ve benzerini araştırmaya çalışan Küme misyonu için başka bir odak alanı olmuştur. ESA’nın Küme görevi için Proje Bilimcisi Philippe Escoubet’in belirttiği gibi:
“Özünde, manyetopozda plazmanın nasıl soğuk olduğunu bulmamız gerekiyor. Bunun birkaç farklı yönü vardır; oraya taşınmasıyla ilgili süreçleri, bu süreçlerin dinamik güneş rüzgarı ve manyetosferin koşullarına nasıl bağlı olduğunu ve plazmanın ilk etaptan nereden geldiğini bilmemiz gerekir - iyonosferden, plazmasferden veya başka bir yer?“
Bunu anlamanın nedenleri açıktır. Genellikle güneş patlamaları şeklinde olan yüksek enerjili parçacıklar, uzay tabanlı teknolojiyi tehdit edebilir. Ek olarak, atmosferimizin güneş rüzgarı ile nasıl etkileşime girdiğini anlamak, genel olarak uzay araştırmaları söz konusu olduğunda da yararlıdır. Güneş Sistemi'ndeki yaşamı kendi gezegenimizin ötesine yerleştirmeye yönelik mevcut çabalarımızı düşünün. Yakın gezegenlere onlarca misyonun öğrettiği bir şey varsa, bu bir gezegenin atmosferi ve manyetik ortamın yaşanabilirliği belirlemede çok önemlidir.
Dünya'ya yakın mesafede, bunun iki örneği vardır: ince bir atmosfere sahip ve çok soğuk olan Mars; ve atmosferi çok yoğun ve çok sıcak olan Venüs. Dış Güneş Sisteminde, Satürn'ün uydusu Titan, özellikle alışılmadık atmosfer nedeniyle bizi ilgilendirmeye devam ediyor. Dünya'nın yanı sıra azotça zengin atmosfere sahip tek vücut olarak, yüzey ile atmosfer arasında su yerine petrokimyasallarla da olsa sıvı transferinin gerçekleştiği bilinen tek gezegendir.
Dahası, NASA’nın Juno misyonu önümüzdeki iki yılı Jüpiter'in kendi manyetik alanını ve atmosferini keşfetmek için harcayacak. Bu bilgi bize Güneş Sisteminin en büyük gezegeni hakkında çok şey anlatacak, ancak Güneş Sistemindeki tarih gezegen oluşumuna biraz ışık tutması da umuluyor.
Son on beş yıl içinde, Küme gökbilimcilere Dünya'nın atmosferinin güneş rüzgarı ile nasıl etkileşime girdiği hakkında çok şey söyleyebildi ve sadece anlamaya başladığımız manyetik alan fenomenlerini keşfetmeye yardımcı oldu. Öğrenilecek çok şey olsa da, bilim adamları şimdiye kadar keşfedilenlerin Küme gibi bir görev olmadan imkansız olacağını kabul ediyorlar.
