Ποια η σχέση της κοσμικής ακτινοβολίας χαμηλών ενεργειών με την ηλιακή δραστηριότητα;

Στη σημερινή εποχή, με τη μεγάλη πρόοδο στην επιστήμη, γίνεται εμφανές ότι οι μεταβολές που συντελούνται στο Διάστημα επηρεάζουν τη Γη. Αυτές μπορεί να είναι μεταβολές στο Γαλαξία μας ή μπορεί να οφείλονται σε αλλαγές των συνθηκών που επικρατούν στον Ήλιο. Τα εκρηκτικά επεισόδια που λαμβάνουν χώρα στην ηλιακή ατμόσφαιρα φτάνουν μέχρι τη Γη και μπορούν να επηρεάσουν ποικιλοτρόπως, τόσο το διαστημικό χώρο που την περιβάλλει, όσο και την επιφάνειά της. Το σύνολο όλων των επίγειων μεταβολών είναι γνωστό με την έννοια του διαστημικού καιρού και σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωσή του παίζει και η κοσμική ακτινοβολία (ΚΑ).

Η ΚΑ* δεν είναι τίποτε άλλο από σωμάτια υψηλών ενεργειών (κυρίως πρωτόνια), τα οποία καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα ενεργειών γαλαξιακής κυρίως προέλευσης (10⁵ eV – 10²¹ eV) και ανάλογα με την ενεργειακή περιοχή στην οποία αναφερόμαστε θεωρούνται ηλιακής, γαλαξιακής ή εξωγαλαξιακής προέλευσης. Αν εστιάσουμε στο ενεργειακό παράθυρο της ακτινοβολίας (0,5·10⁹ eV – 2·10¹⁰ eV), το ποσοστό των σωματίων που καταμετράται στη Γη, εξαρτάται από την ηλιακή δραστηριότητα κάθε χρονική στιγμή.

Η πιο συνήθης μεταβολή στην ένταση της ΚΑ είναι η αντίστροφη συσχέτισή της με τον ενδεκαετή κύκλο της ηλιακής δραστηριότητας (Εικόνα 2). Όταν η ηλιακή δραστηριότητα βρίσκεται στο μέγιστο περισσότερα σωματίδια μεταφέρονται στο διάστημα, μέσω του ηλιακού ανέμου, από ότι όταν είναι στο ελάχιστο, δηλαδή παρατηρείται μια διακύμανση της ροής σωματιδίων από τον Ήλιο. Για παράδειγμα, σύμφωνα με εμπειρικές παρατηρήσεις, συγκρίνοντας την ολική ηλιακή ακτινοβολία και τις γραμμές εκπομπής του ασβεστίου CaIl**, κατά την απουσία του ηλιακού μαγνητικού πεδίου στο παρατεταμένο ελάχιστο ενός κύκλου γύρω στο έτος 1700 (γνωστό ως ελάχιστο του Maunder), η εκπεμπόμενη ηλιακή ακτινοβολία μειώθηκε περίπου κατά 0,25%, με αποτέλεσμα στη Γη να παρατηρηθεί μια μικρή “εποχή παγετώνων”. Στο μέγιστο του ηλιακού κύκλου, τα ισχυρά μαγνητικά πεδία, που μεταφέρει παγωμένα ο ηλιακός άνεμος, δεν επιτρέπουν στα σωματίδια της ΚΑ να εισχωρήσουν εντός της ηλιόσφαιρας, με αποτέλεσμα αυτά να ανακλώνται εκ νέου προς τον ενδογαλαξιακό χώρο. Έτσι σε περιόδους έντονης ηλιακής δραστηριότητας έχει παρατηρηθεί μείωση στην ένταση της ΚΑ ως και ~30%.

Υπάρχουν και μεταβολές της έντασης της ΚΑ μικρότερης χρονικής διάρκειας, που η έκτασή τους κυμαίνεται ανάλογα με τη διάρκεια των επεισοδίων που τις προκαλεί. Υπάρχουν σποραδικές μεταβολές της ΚΑ που μπορεί να διαρκέσουν μόλις μία μέρα. Οι μειώσεις αυτές οφείλονται σε επεισόδια που λαμβάνουν χώρα στον Ήλιο, όπως για παράδειγμα οι στεμματικές εκτοξεύσεις μάζας (CMEs). Τα επεισόδια αυτά δημιουργούν ταχείες ροές ηλιακού ανέμου, στις περισσότερες περιπτώσεις συνοδευόμενες από ένα κρουστικό κύμα. Τότε παρατηρείται μία σημαντική αύξηση ηλιακών ενεργητικών σωματιδίων και μία αισθητή μείωση στην ένταση της ΚΑ. Η μείωση αυτή είναι γνωστή ως μείωση Forbush και μπορεί να φτάσει μέχρι και πολλές δεκάδες τις εκατό ελάττωση της έντασης της ΚΑ μέσα σε μερικές ώρες (Εικόνα 3). Για να επανέλθει η ένταση στα φυσιολογικά επίπεδα απαιτούνται συνήθως από τρεις έως δέκα ημέρες.

Τέλος, παρατηρούνται μικρές, τοπικού χαρακτήρα, μεταβολές στην καταγραφόμενη ένταση της ΚΑ στα επίγεια συστήματα καταγραφής, που οφείλονται σε γήινα και ατμοσφαιρικά φαινόμενα. Τέτοια φαινόμενα είναι η επικρατούσα θερμοκρασία, η νεφοκάλυψη κοντά στην επιφάνεια καθώς και τα έντονα καιρικά φαινόμενα, όπως οι έντονες χιονοπτώσεις, οι μουσώνες, η παλίρροια του βορείου Ατλαντικού, καθώς και οι εκρήξεις ηφαιστείων. Σε μικρότερη κλίμακα επηρεάζεται από το ποσοστό του όζοντος στην ατμόσφαιρα, τον άνεμο και την ατμοσφαιρική κατακρήμνιση. Αλλά τα αποτελέσματα αυτά θα αναπτυχθούν αναλυτικά σε επόμενο άρθρο…

* Η ΚΑ είναι κυρίως σωματίδια! Σε αντίθεση με αυτό που υποδηλώνει το όνομά της, το οποίο διατηρείται κυρίως για ιστορικούς ρόλους, αφορά κυρίως πρωτόνια (90%), σωμάτια α (9%) και βαρύτερους πυρήνες (1%). Ανιχνεύθηκαν πρώτη φορά το 1912 από τον Victor Hess. Η ΚΑ καθώς εισέρχεται στην ατμόσφαιρα αλληλεπιδρά με τα μόρια της, δημιουργώντας τους λεγόμενους καταιονισμούς (Εικόνα 4), μέσω των οποίων παράγονται επιπλέον σωματίδια. Το πρόβλημα της ΚΑ είναι ότι δε γνωρίζουμε την πηγή προέλευσής της, καθώς πρόκειται για φορτισμένα σωματίδια τα οποία ανακλώνται από το διαγαλαξιακό μαγνητικό πεδίο και δεν κινούνται ευθύγραμμα.

**Οι γραμμές εκπομπής ασβεστίου αναφέρονται σε ένα άτομο ασβεστίου που έχει χάσει μέσω ιονισμού ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο είναι σύνηθες στην ατμόσφαιρα του Ήλιου λόγω των τοπικών συνθηκών (θερμοκρασία περίπου 10.000 Κ στην ανώτερη φωτόσφαιρα και χρωμόσφαιρα).