Έλληνες επιστήμονες ανακάλυψαν νέα ζώνη ακτινοβολίας ανάμεσα στον Κρόνο και στους δακτυλίους του

Μία ζώνη ακτινοβολίας πρωτονίων πολύ υψηλής ενέργειας μεταξύ του Κρόνου και των πυκνών δακτυλίων του, ανακάλυψαν Έλληνες επιστήμονες, αναλύοντας τα πρώτα αποτελέσματα από την τελική φάση της αποστολής του διαστημικού σκάφους Cassini.

Στη νέα μελέτη, στην οποία συμμετέχει το Γραφείο Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας της Ακαδημίας Αθηνών και η ομάδα του ακαδημαϊκού καθηγητή Σταμάτη Κριμιζή, περιγράφεται η ανακάλυψη μίας νέας ζώνης ακτινοβολίας πρωτονίων, που σχηματίζεται σε κοντινή απόσταση από τον πλανήτη, συνυπάρχει με τον δακτύλιο D και βρίσκεται σε σχεδόν πλήρη απομόνωση από την υπόλοιπη μαγνητόσφαιρα του Κρόνου.

Η ζώνη ακτινοβολίας δημιουργείται από την πρόσπτωση γαλαξιακής κοσμικής ακτινοβολίας στους δακτυλίους. Τα πρωτόνια που παράγονται με αυτόν τον τρόπο, αλληλεπιδρούν στη συνέχεια με την ατμόσφαιρα του Κρόνου, τον αμυδρό δακτύλιο D και τους υποδακτυλίους του D68 και D73.

Η ανακάλυψη παρουσιάσθηκε στο περιοδικό "Science" μαζί με άλλα άρθρα ξένων επιστημόνων σχετικά με τα πρώτα επιστημονικά αποτελέσματα της τελικής φάσης της αποστολής. Στις 15 Σεπτεμβρίου 2017 το Cassini ολοκλήρωσε, με μια εντυπωσιακή 'βουτιά αυτοκτονίας' στην πυκνή ατμόσφαιρα του Κρόνου, την ερευνητική αποστολή του που διήρκησε 13 χρόνια.

Νωρίτερα το Cassini είχε διέλθει 22 φορές ανάμεσα στους δακτυλίους και στην επιφάνεια του γιγάντιου πλανήτη. Η περιοχή αυτή, που ήταν μέχρι τότε ανεξερεύνητη, περιλαμβάνει και τον δακτύλιο D, τον εσώτερο και πιο αμυδρό από τους δακτυλίους του Κρόνου.

Όταν το Cassini είχε εισέλθει σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο τον Ιούλιο 2004, οι ανιχνευτές του επιστημονικού πειράματος MIMI (Magnetospheric IΜaging Instrument), που μετράει πολύ υψηλής ενέργειας φορτισμένα και ουδέτερα σωμάτια, εστίασε στην περιοχή μεταξύ του πλανήτη και του δακτυλίου D. Οι μετρήσεις «φωτογράφισαν» έναν πληθυσμό φορτισμένων σωματιδίων, η ακριβής σύσταση και ιδιότητες του οποίου ωστόσο παρέμειναν ασαφείς. Η μοναδική ευκαιρία να επαναληφθούν οι πρώτες μετρήσεις του 2004, παρουσιάσθηκε μετά τον Απρίλιο του 2017, αυτή τη φορά υπό καλύτερη γεωμετρία παρατήρησης.

«Με το Cassini να πλησιάζει τόσο κοντά στον Κρόνο, μας δόθηκε η δυνατότητα να παρατηρήσουμε τα σωματίδια, τα οποία ίσως σχημάτιζαν τον πληθυσμό που το ΜΙΜΙ είχε 'φωτογραφίσει' το 2004, καθώς και άλλα, πολύ υψηλότερης ενέργειας, που δεν μπορούσαμε να μετρήσουμε από απόσταση», δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Δρ. Ηλίας Ρούσσος από το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Έρευνα του Ηλιακού Συστήματος στο Γκέτινγκεν της Γερμανίας.

Το μαγνητικό πεδίο του Κρόνου είναι περισσότερο από δέκα φορές ισχυρότερο κοντά στον πλανήτη απ' ό,τι εκτός των δακτυλίων. Αυτό καθιστά την παγίδευση των πρωτονίων εκεί τόσο αποτελεσματική, ώστε αυτά να παραμένουν δεσμευμένα στην ίδια περιοχή για χρόνια, αλληλεπιδρώντας συνεχώς με το δακτύλιο D και την ατμόσφαιρα του Κρόνου, έως ότου χάσουν όλη τους την ενέργεια. Ωστόσο, ο ρυθμός με τον οποίο τα πρωτόνια χάνουν ενέργειά ήταν άγνωστος, κυρίως γιατί η ποσότητα του υλικού στον αμυδρό δακτύλιο D ήταν επίσης άγνωστη.

«Χαμηλή ποσότητα σκόνης στο δακτύλιο D θα επέτρεπε να αναπτυχθούν τεράστιες εντάσεις σωματιδιακής ακτινοβολίας που θα μπορούσαν να δημιουργήσουν πρόβλημα στο Cassini», ανέφερε στο Αθηναϊκό και Μακεδονικό Πρακτορείο Ειδήσεων ο Δρ. Νίκος Σέργης, επιστημονικός συνεργάτης του Γραφείου Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας και συν-συγγραφέας του άρθρου. «Το αντίθετο, δηλαδή ένας σχετικά πυκνός δακτύλιος D που θα απορροφούσε γρήγορα τα πρωτόνια, θα είχε ως αποτέλεσμα να μην δημιουργηθεί τέτοια ζώνη», πρόσθεσε.

Οι μετρήσεις αποκάλυψαν μια αξιοσημείωτη και σταθερή συσσώρευση ενεργειακών πρωτονίων σε μία ζώνη ακτινοβολίας, που εκτείνεται από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας του Κρόνου και κατά μήκος όλου του δακτυλίου D. Αν και αρκετά από τα πρωτόνια που τη συγκροτούν, είχαν εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, δέκα φορές υψηλότερη από ό,τι το ΜΙΜΙ ανέμενε να μετρήσει, τα επίπεδα σωματιδιακής ακτινοβολίας δεν ήσαν επικίνδυνα για το Cassini.

Πέραν του δακτυλίου D, εκτείνονται οι τρεις δακτύλιοι Α, Β και C, που λόγω της μεγάλης πυκνότητάς τους είναι ευδιάκριτοι στις φωτογραφίες του Κρόνου. Οι δακτύλιοι αυτοί σχηματίζουν ένα αδιαπέραστο εμπόδιο ακτίνας 62.000 χιλιομέτρων, όπου η παγίδευση φορτισμένων σωματιδίων είναι απαγορευτική. Αυτό σημαίνει πως η νέα ζώνη ακτινοβολίας στον Κρόνο δεν θα μπορούσε να επεκταθεί εκτός του δακτυλίου D, κάτι το οποίο οι μετρήσεις του ΜΙΜΙ επιβεβαίωσαν.

«Η τεράστια αποτελεσματικότητα των δακτυλίων Α-C να απορροφούν φορτισμένα σωματίδια δημιουργεί μια ζώνη ακτινοβολίας, που είναι εντελώς απομονωμένη από την υπόλοιπη, ευμετάβλητη μαγνητόσφαιρα του Κρόνου», δήλωσε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο δρ. Κωνσταντίνος Διαλυνάς, συνεργάτης του Γραφείου Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας και συν-συγγραφέας του άρθρου.

Η απομόνωση αυτή της ζώνης ακτινοβολίας είναι χαρακτηριστικό που δεν συναντάται πουθενά αλλού στο ηλιακό μας σύστημα. Αυτό προσφέρει τη δυνατότητα να εξεταστεί μια ζώνη ακτινοβολίας υπό σχεδόν «εργαστηριακές συνθήκες» και αυτό γιατί ο μηχανισμός δημιουργίας της καθορίζεται μόνο από την εισροή κοσμικής ακτινοβολίας στο σύστημα του Κρόνου, μια φυσική διεργασία που είναι αμετάβλητη στο χρόνο. Στη Γη οι συνθήκες είναι πολύ πιο περίπλοκες, καθώς δεν υπάρχουν δακτύλιοι που θα μπορούσαν να σταματήσουν την απρόβλεπτα μεταβλητή εισροή σωματιδίων υψηλής ενέργειας από τον Ήλιο προς τις ζώνες ακτινοβολίας του πλανήτη μας.

Η παρατήρηση της νέας ζώνης ακτινοβολίας στον Κρόνο προστίθεται στην πληθώρα ανακαλύψεων της αποστολής Cassini, στην οποία συνέβαλε το πείραμα MIMI, με τη συμμετοχή και του Γραφείου Διαστημικής Έρευνας και Τεχνολογίας της Ακαδημίας Αθηνών.

«Η ομάδα MIMI έχει δημοσιεύσει σχεδόν 200 άρθρα σε περιοδικά και βιβλία τα τελευταία 14 χρόνια, 45 εκ των οποίων είχαν ως επικεφαλής Έλληνες ερευνητές της ομάδας. Τα άρθρα αυτά δεν αφορούν μόνο σε σημαντικές ανακαλύψεις για την μαγνητόσφαιρα του Κρόνου, αλλά και για τα φεγγάρια του, τους δακτυλίους του, έως και την ηλιόσφαιρα», δήλωσε ο καθηγητής Σ. Κριμιζής, επικεφαλής του πειράματος MIMI και συν-συγγραφέας του άρθρου. «Αυτό είναι ένα τεράστιο επίτευγμα για μια πολυεθνική ομάδα, η οποία συντονίζεται από τις ΗΠΑ, αλλά συμπεριλαμβάνει μέλη από τη Γερμανία, τη Γαλλία, και την Ελλάδα», πρόσθεσε.