סופות נפץ שנוצרו כתוצאה מאינטראקציות בין השדות המגנטיים של כדור הארץ והשמש עלולות לסכן לוויינים, חלליות ואסטרונאוטים בחלל, כמו גם רשתות חשמל בכדור הארץ. עַכשָׁיו,צי של חלליות של נאס"אבפעם הראשונה היה עד ישירות לדרך המסתורית שבה מתרחשים הפיצוצים המגנטיים הללו.

עבודה זו יכולה לעזור לשפוך אור על התפרצויות סולאריות מסוכנות ולעזור לשפר את התכנון של כורים גרעיניים מתקדמים, אמרו חוקרים. התגלית בוצעה באמצעות נאס"אמשימת מגנטוספרית רב קנה מידה(או בקיצור MMS), ששיגר ארבע חלליות לתוך המגנטוספירה של כדור הארץ, בועת הפלזמה הנשלטת על ידי השדה המגנטי של כוכב הלכת.

"הגענו לקופה", אמר מחבר המחקר רוי טורברט, סגן החוקר הראשי של MMS, בהצהרה. "הצלחנו לבצע את הניסוי הפיזיקלי הראשון אי פעם בסביבה הזו."

"תכננו את משימת ה-MMS להשתמש במגנטוספירה של כדור הארץ כמעבדה ענקית".

פְּלַסמָהמרכיב את השמש והכוכבים, והיא הצורה הנפוצה ביותר של חומר רגיל ביקום, המורכבת ממספר שווה בערך של חלקיקים בעלי מטען חשמלי חיובי ושלילי. חומר רגיל, מהסוג שמרכיב אנשים, כוכבי לכת, השמש והכוכבים, מהווה רק כשישית מהחומר של היקום, בעוד שחומר אפל מסתורי מרכיב את השאר.

פלזמות חודרות לרוב על ידי יערות רבי עוצמה של קווי שדה מגנטי. כאשר אזור מגנטי אחד נתקל באחר שקווי השדה המגנטי שלו מכוונים אחרת, קווי השדה המגנטיים שלהם יכולים להתנגש, להישבר ולהתחבר מחדש זה לזה, ולהמיר אנרגיה מגנטית בצורה נפיצה לחום ולאנרגיה קינטית. מפגשים אלה יכולים לקרות, למשל, כאשר משב פלזמה מהשמש מתנגש במגנטוספירה של כדור הארץ.

"תארו לעצמכם שתי רכבות נוסעות זו לזו על פסים נפרדים, אבל הרכבות עוברות לאותה מסילה ברגע האחרון", אמר בהצהרה מחבר המחקר ג'יימס דרייק, מאוניברסיטת מרילנד. "כל מסלול מייצג קו שדה מגנטי מאחד משני השדות המגנטיים המקיימים אינטראקציה, בעוד שמתג המסלול מייצג אירוע חיבור מחדש. ההתרסקות שנוצרה שולחת אנרגיה מנקודת החיבור מחדש כמו קלע".

השפעות חיבור מגנטי על כדור הארץ

לחיבור מחדש מגנטי יכול להיות השפעות גדולות על כדור הארץ. לדוגמה, הוא מניע אירועים סולאריים נפיצים כגוןהתלקחויות שמש ופליטות מסה עטרה. אלה, בתורם, יכולים ליצור לא רק זוהר מרהיב, אלא גם סופות גיאומגנטיות. ב-1989, סערה גיאומגנטית השפילה את כל מחוז קוויבק בקנדה, והותירה מיליוני אנשים בחושך ופוגעת בשנאים עד ניו ג'רזי. סופות קשות פי 10 אפשריות, כגוןסופת-על סולארית משנת 1859 הידועה בשם אירוע קרינגטון.

"זה יכול להוביל לחיזוי מזג אוויר טוב יותר בחלל".

"מכיוון שחיבור מחדש מניע את מזג האוויר בחלל, הבנה טובה יותר שלו עלולה להוביל לחיזוי מזג אוויר חלל טוב יותר", אמר מחבר המחקר ג'יימס ברץ', פיזיקאי חלל במכון המחקר הדרום-מערבי בסן אנטוניו, טקסס.

חיבור מגנטי מחדשיכול גם להפריע לכורי היתוך גרעיני ניסיוניים שמטרתם ליצור מחדש את הכוח שמניע את השמש והכוכבים כאן על כדור הארץ. כורים אלה מנסים לעתים קרובות להשתמש בשדות מגנטיים כדי להגביל ולחמם פלזמות עד לנקודה שבה מופעל היתוך גרעיני. "אם ניתן לעשות זאת, זה יפתור את משבר האנרגיה לצמיתות", אמר בורץ'Space.com.

"אחד הדברים העיקריים שמונעים מההיתוך של הכליאה המגנטית לפעול הוא חיבור מחדש, שגורם ל'התרסקויות של שן משור' - אלו הפחתות תקופתיות בטמפרטורת האלקטרונים, ששומרות על הטמפרטורה מתחת לנקודת ההדק של ההיתוך", הסביר בורץ'. "הבנה טובה יותר של חיבור מחדש עלולה להוביל לשיטות לכיבוי שלו במכשירים אלה."

מדענים רוצים לזהות בדיוק מה גורם לחיבור מחדש מגנטי, אבל עד עכשיו, חוקרים ראו חיבור מחדש רק במעבדה. MMS היא משימת החלל הראשונה המתמקדת בהבנה כיצד תופעה זו פועלת לא רק על כדור הארץ, אלא גם על השמש, כוכבים אחרים ובכל החלל.

"למדנו את זה באופן תיאורטי, ודימינו את זה עם מחשבי-על, אבל עד עכשיו לא ידענו מה שולט בהמרה של אנרגיה מגנטית לאנרגיית חלקיקים", אמר בורץ' בהצהרה. "תכננו את משימת ה-MMS להשתמש במגנטוספירה של כדור הארץ כמעבדה ענקית לביצוע הניסוי הסופי בחיבור מחדש".

רביעיית הלוויינים MMS של נאס"א

MMS מורכב מארבע חלליות זהות המופעלות על ידי שמש, כל אחד מצויד בסט זהה של 11 מכשירים העשויים מ-25 חיישנים, החיישנים המגיבים הכי מהר שנאס"א הטסה אי פעם. המתומן, 3,000 ק"ג. (1,360 קילוגרם) בדיקות טסות במסלול כמעט משווני, הנעים בין כ-6 ל-250 מיילים (10 עד 400 ק"מ) זה מזה.

חיבור מחדש מגנטי הוא אירוע מהיר במיוחד שיורה החוצה פרוטונים ואלקטרונים. מחקרים קודמים ניתחו את תנועות הפרוטונים במהלך חיבור מגנטי מחדש, אך כעת MMS תפסה לראשונה מדידות ישירות של תנועות האלקטרונים במהלך חיבור מגנטי מחדש.

"היו תיאוריות עלתנועת האלקטרונים בחיבור מחדש מגנטיבמשך עשרות שנים, אבל זו ההוכחה האמיתית הראשונה למה שהם עושים", אמר בהצהרה מחבר המחקר ג'ונתן איסטווד, באימפריאל קולג' בלונדון. "ידענו מה צריך להיות שם, אבל לדעת ולמעשה מדידה הם שניים מאוד דברים שונים."

החללית לא רק בחנה את תנועות האלקטרונים בקנה מידה דקה, אלא גם עקבה אחר אלקטרונים הרבה יותר מהר ממה שהיו ללוויינים קודמים, תוך הדמיה של החלקיקים אחת ל-30 אלפיות השנייה.

"מדידות הלווין של אלקטרונים היו איטיות מדי בפקטור של 100 כדי לדגום את אזור החיבור המגנטי", אמר בהצהרה מחבר המחקר טום מור, במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד. "הדיוק והמהירות של MMS, לעומת זאת, פתחו חלון חדש על היקום."

"רמת הפירוט מאפשרת לנו לראות דברים שבעבר היו מטושטשים", אמר דרייק בהצהרה.

"אקדח מעשן" מגנטי

ב-16 באוקטובר 2015, MMS טס ישירות דרך לב אזור חיבור מחדש במגנטוספירה של כדור הארץ.

כדי שחיבור מחדש יתרחש, הפלזמה צריכה להפוך לדה-מגנטית. השלב הקריטי האחרון באירוע זה מתרחש בחלק קטן יחסית של שטח המכונה אזור פיזור האלקטרונים. "החללית עברה ישירות דרך אזור פיזור האלקטרונים", אמר טורברט בהצהרה.

"עכשיו יש לנו 'מיקרוסקופ' שלראשונה מאפשר לנו לראות חיבור מחדש בפעולה".

הנתונים הראו ירידההשדה המגנטיעד קרוב לאפס, יונים זורמים בכיוונים מנוגדים, אלקטרונים מואצים, זרם חשמלי חזק ושדה חשמלי משופר - כולם סימנים לכך שהחללית נכנסה לאזור פיזור אלקטרונים, אמרו החוקרים.

עם זאת, חתימת המפתח של חיבור מחדש הייתה ספייק שזוהה בכוח החשמלי שנוצר על ידי האלקטרונים, אמרו החוקרים.

"זה היה 'האקדח המעשן' לחיבור מחדש", אמר בורץ' בהצהרה. "זה היה חזוי תיאורטית, אבל מעולם לא נראה עד MMS."

החללית ראתה גם אלקטרונים באזור פיזור האלקטרונים מואצים במהירות החוצה לאורך קווי שדה מגנטי שנפתחו במהלך החיבור מחדש. החוקרים אמרו שזה נובע מהחיבור בין השדות המגנטיים הסולאריים והארציים, הפעם הראשונה שמדענים מדדו אירוע כזה באופן סופי.

"הנתונים האלה באמת פתחו חלון חדש בחלק של היקום שבו מתרחש חיבור מחדש", אמר ברץ'. "היכן שבעבר היו לנו 'טלסקופים' כדי לראות את תוצאות החיבור מחדש, יש לנו כעת 'מיקרוסקופ' שלראשונה מאפשר לנו לראות את החיבור מחדש בפעולה".

זה נשאר בגדר תעלומהכיצד נוצרים שדות חשמליים במהלך חיבור מגנטי מחדש. "ישנן מספר תיאוריות, והבחירה ביניהן דורשת מדידות עם כל ארבע החלליות בתוך אזור החיבור מחדש בו זמנית", אמר ברץ'. "עד כה היו לנו שלושה בתוכו בו זמנית, כאשר הרביעי נכנס מעט מאוחר יותר. אנו מתכננים לצמצם את הפרדת החללית מ-10 ק"מ [6.2 מייל] לקרוב יותר ל-5 ק"מ [3.1 מייל] כדי לטפל בבעיה הזו".

משימת ה-MMS נמצאת כעת בשלב הראשון שלה, כאשר חלליות טסות דרך אתרי חיבור מחדש בצד היום של כדור הארץ, שם חומר מהשמש מתחבר לשדה המגנטי של כדור הארץ.

במהלך השלב השני שלו, MMS ירוץ דרך אתרי חיבור מחדש בצד הלילה של כדור הארץ, שם החומר הסולארי הזה יכול לזרום לזנב בצורת דמעה של השדה המגנטי של כדור הארץ. אירועי חיבור מגנטי בצד הלילה של כדור הארץ צפויים להיות נפיצים יותר, אמר איסטווד.

"בזנב, לא אמורה להיות לנו בעיה להביא את כל ארבע החלליות לאזור החיבור מחדש בבת אחת", אמר ברץ'.

המדענים פירטו את הממצאים שלהם באינטרנט ב-12 במאי בכתב העתמַדָע.