Pole magnetyczne Ziemi, jak się okazuje, jest mistrzem w łapaniu w pułapkę. Wabi naładowane elektrycznie cząstki z kosmosu do niewidzialnego, pączkowatego kojca wokół naszej planety, zwanego prądem pierścieniowym. Ten uwięziony rój naładowanych cząstek odgrywa ważną rolę w tym, jak Ziemia reaguje na zmieniające się warunki w kosmosie – pogodę kosmiczną – która może wpływać na technologie, na których polegamy, takie jak satelity i sieci energetyczne. Mimo dziesięcioleci badań, wciąż wiele nie wiemy o tym niebiańskim areszcie.

NASA przygotowuje się do misji, która ma zapewnić unikalny, od środka na zewnątrz widok prądu pierścieniowego. Nazwana STORIE – Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution – ma wystartować w maju na pokładzie 34. komercyjnej misji zaopatrzeniowej SpaceX na Międzynarodową Stację Kosmiczną dla NASA. Misja leci w ramach ładunku Space Test Program – Houston 11 (STP-H11), partnerstwa między Siłami Kosmicznymi USA a NASA. Po robotycznym zamontowaniu na zewnątrz stacji kosmicznej (spodziewanym kilka dni po przybyciu), STORIE będzie patrzeć na zewnątrz na prąd pierścieniowy, pomagając naukowcom odpowiedzieć na od dawna nurtujące pytania o to, jak rośnie i kurczy się oraz z jakich cząstek się składa.

„Te cząstki mają ważny wpływ na pogodę kosmiczną” – powiedział Alex Glocer, główny badacz STORIE w NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland, gdzie zaprojektowano i zbudowano instrument. „Chcemy zrozumieć, jak ta uwięziona populacja jest budowana i skąd pochodzi”.

Te szczegóły są szczególnie ważne podczas burz słonecznych, gdy wybuchy ze Słońca mogą prowadzić do zaburzeń magnetycznych na Ziemi. Podobnie jak pasy radiacyjne Van Allena, ale wypełnione cząstkami o niższej energii, prąd pierścieniowy ma tendencję do bardziej dramatycznych wahań rozmiaru, kształtu i intensywności niż pasy radiacyjne podczas burz słonecznych. Ponadto w prądzie pierścieniowym cząstki naładowane dodatnio i ujemnie płyną w przeciwnych kierunkach, tworząc prądy elektryczne. Zmiany tam mogą prowadzić do wahań magnetycznych i prądów indukowanych na ziemi, potencjalnie wpływając na rurociągi i linie energetyczne. Prąd pierścieniowy może również przyczyniać się do gromadzenia ładunku na powierzchni satelitów krążących wokół Ziemi, co może powodować usterki statków kosmicznych. Ponadto, gdy energia wzrasta w prądzie pierścieniowym, część tej energii jest przekazywana do górnej atmosfery, powodując jej nagrzewanie, pęcznienie i tworzenie większego oporu na satelity, co może spowodować, że statek kosmiczny zejdzie z orbity wcześniej niż oczekiwano.

Jednak trudno jest bezpośrednio badać prąd pierścieniowy, ponieważ cząstki w nim są niewidoczne. „Nie można ich po prostu sfotografować kamerą” – wyjaśnił Glocer. Zamiast tego STORIE będzie skanować w poszukiwaniu poświaty energetycznych atomów obojętnych, czyli ENA, które powstają, gdy naładowane cząstki uwięzione w prądzie pierścieniowym zdołają uciec. Cząstki zdobywają wolność, kradnąc elektron z zewnętrznej atmosfery Ziemi, zwanej egzosferą, i stają się obojętne. „Gdy te naładowane cząstki staną się obojętne, nie odczuwają już efektów pola magnetycznego Ziemi i nie są już uwięzione” – powiedział Glocer. „Mogą po prostu odlecieć w dowolnym kierunku”.

Mierząc prędkość i kierunek ENA, STORIE może pomóc odpowiedzieć na od dawna nurtujące pytania o pochodzenie cząstek w prądzie pierścieniowym – czy są one dostarczane przez strumień cząstek wypływających ze Słońca, znany jako wiatr słoneczny, czy z Ziemi. Zespół STORIE zaprojektował instrument, aby zwracać szczególną uwagę na dodatnio naładowane atomy tlenu (O+), ponieważ według Glocera: „Kiedy widzisz tlen, pochodzi on z atmosfery. Bardzo mało go pochodzi z wiatru słonecznego”. Jeśli STORIE znajdzie dużo atomów tlenu, naukowcy będą wiedzieć, że prąd pierścieniowy jest w dużej mierze zasilany przez atmosferę Ziemi, a nie wiatr słoneczny.

Glocer i inni naukowcy chcą również dowiedzieć się, czy populacja naładowanych cząstek prądu pierścieniowego b