Een reuze gat in het magnetisch veld van de aarde


16 december 2008: NASA's vijf THEMIS ruimtevaartuigen hebben een gat ontdekt in het magnetisch veld van de aarde dat tien keer groter is dan wat men vroeger aannam. Zonnewind kan binnenvliegen in de opening om de magnetosfeer “op te laden” voor krachtige geomagnetische stormen. Het gat zelf is echter niet de grootste verrassing. De lang bestaande ideeën in de ruimte fysica worden omver geworpen want onderzoekers zijn nog meer verbaasd over de vreemde en onverwachte manier waarop het wordt gevormd.

“In het begin geloofde ik het niet,” zei THEMIS project wetenschapper David Sibeck van het Goddard Space Flight Center. “Deze vondst veranderd ons fundamenteel inzicht in de zonnewindmagnetosfeer interactie.”
De magnetosfeer is een koepel van magnetisme die de aarde omringt en ons beschermt tegen zonnewind. Het hoofddoel van de THEMIS missie, gelanceerd in februari 2007, is het verkennen van die koepel. De grootste ontdekking kwam op 3 juni 2007, toen de vijf sondes, begiftigd met de gave om waardevolle ontdekkingen te doen, door het gat vlogen toen het juist open ging. Boordsensoren registreerden een stortvloed van zonnewind deeltjes die in de magnetosfeer stroomden, een voorval van ongekende grootte en belangrijkheid.


Een van de THEMIS sondes op verkenning in de ruimte rond de aarde, concept van een ontwerper

“De opening was gigantisch, vier keer zo groot als de aarde zelf,” zegt Wenhui Li, een ruimtefysicus van de Universiteit van New Hampshire, die de data geanalyseerd heeft. Li’s collega Jimmy Raeder, ook van New Hampshire, zegt “1027 deeltjes per seconde vlogen in de magnetosfeer, dat is een 1 gevolgd door 27 nullen. Dit soort van toestroming is een orde van grootte groter dan wat we voor mogelijk hielden.”

Het voorval gebeurde zonder veel waarschuwing toen een zachte windvlaag van zonnewind een bundel magnetische velden van de zon naar de aarde bracht. Zoals een octopus zijn tentakels rond een grote venusschelp wikkelt, zo hulde magnetische zonnevelden zich om de magnetosfeer en barstte deze open. Het openbarsten werd voltooid door een proces genaamd “magnetische doorverbinding.” Hoog boven de polen van de aarde, koppelden (verbonden) zonne- en aardse magnetische velden zich om kanalen te vormen voor zonnewind. Kanalen over de Noordpool en de Zuidpool verspreidden zich snel en binnen enkele minuten overdekte ze de evenaar van de aarde om het grootste magnetische gat te creëren dat ooit werd vastgelegd door een ruimtevaartuig in een aardse omloopbaan.

 
Een computer model van zonnewind die rond het magnetisch veld van de aarde stroomde op 3 juni 2007. De achtergrond kleuren vertegenwoordigen de dichtheid van de zonnewind, rood is een hoge dichtheid, blauw is laag. De zwarte lijnen markeren de buitengrenzen van het magnetisch veld van de aarde. Let op de laag van relatief dicht materiaal onder te puntjes van de witte pijlen, dat is zonnewind die het magnetisch veld van de aarde door het gat binnen komt. Dank aan: Jimmy Raeder/UNH.

De grootte van het gat verraste wetenschappers. “We hebben zaken als dit eerder gezien,” zegt Raeder, “maar nooit op zo’n grote schaal. De volledige dag-zijde van de magnetosfeer was open voor de zonnewind.” De omstandigheden waren nog verrassender. Ruimtefysici hebben lang geloofd dat gaten in het magnetisch veld van de aarde enkel open gaan als magnetische zonnevelden naar het zuiden wijzen. Het grote gat van juni 2007 opende echter toen de magnetische zonnevelden naar het noorden wezen. “Voor een leek kan dit overkomen als muggenziften, maar voor een ruimtefysicus is het bijna seismisch,” zegt Sibeck. “Wanneer ik het aan mijn collega’s vertel, reageren de meesten sceptisch, alsof ik hen probeer te overtuigen dat de zon in het westen op komt.”

Dit is waarom ze hun oren niet kunnen geloven: De zonnewind drukt tegen de magnetosfeer van de aarde bijna rechtstreeks boven de evenaar waar de magnetische velden van onze planeet naar het noorden wijzen. Stel dat een bundel zonnemagnetisme langs komt en ook noordelijk wijst. Dan zouden de twee velden velden elkaar versterken, de magnetische verdediging van de aarde zou versterken en de deur zou dicht slaan voor de zonnewind. In de taal van de ruimtefysici wordt een noordelijk-wijzend magnetisch zonneveld een “noordelijke IMF” genoemd en is het synoniem aan schermen omhoog!
“Je kunt je dus onze verbazing voorstellen toen een noordelijke IMF langs kwam en de schermen in de plaats naar omlaag gingen,” zegt Sibeck. “Dit zet ons begrip van zaken helemaal op zijn kop.”

Noordelijke IMF gebeurtenissen triggeren feitelijk geen geomagnetische stormen, merkt Raeder op, maar ze bereiden de weg voor stormen, door de magnetosfeer met plasma te laden. Een geladen magnetosfeer is de aanzet voor poollicht, krachtuitingen en andere stoornissen die het gevolg kunnen zijn wanneer bijvoorbeeld een CME (coronale massa eruptie) toeslaat.

De komende jaren kunnen bijzonder levendig zijn. Raeder legt uit: “We komen in de Zonne Cyclus 24. Voor nog niet volledig begrepen redenen, zijn CMEs in even genummerde zonnecycli (zoals 24) geneigd om de aarde te treffen met een voorrand die noordelijk is gemagnetiseerd. Zo’n CME moet een gat openen en de magnetosfeer laden met plasma net voordat de storm onderweg gaat. Het is de perfecte volgorde voor een echt grote gebeurtenis.”
Sibeck is akkoord. “Dit kan resulteren in sterkere magnetische stormen dan diegene die we jaren hebben gezien.”
Voor meer informatie over de THEMIS missie, bezoek http://nasa.gov/themis

Meer informatie
Wat gebeurde er met volkswijsheid?
Onderzoekers aan de Universiteit van New Hampshire gebruiken computermodellen om de basisfysica van het grote gat op te lossen. Ze merken dat doorverbinding bij de polen de oplossing is. Volkswijsheid zei dat equatoriale doorverbinding belangrijker was, daarom werden er geen reuzegaten verwacht, totdat THEMIS er door een vloog.
Bekijk de video van dit verhaal.

Meer verhalen over THEMIS:
Magnetische Portalen verbinden Zon en Aarde. 
Plasmakogels Ontbranden Noordelijke Lichten. 
NASA Ruimtevaartuig Maakt Nieuwe Ontdekkingen over Noordelijke Lichten.
 
THEMIS, afkorting van Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms, is de vijfde medium-klasse missie onder het NASA’s Explorer programma. Het programma, geleid door The Explorers Program Office at Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md., voorziet regelmatige vlieg mogelijkheden voor ruimte onderzoeken met wereldklasse in heliofysica en astrofysica. De Universiteit van Californië, Berkeley's Space Sciences Laboratory leidde de project ontwikkeling en voert momenteel de THEMIS missie uit. Swales Aerospace, Beltsville, Md., bouwde de THEMIS satellieten.

NASA's Toekomst: VS Ruimte Exploratie Beleid