ESA's kwartet van ruimteweerwaarnemers, Cluster, heeft wervelingen van uitgestoten zonnemateriaal hoog boven de aarde ontdekt. De oververhitte gassen die in deze structuren vastzitten, tunnelen waarschijnlijk hun weg naar de magnetische 'bubbel' van de aarde, de magnetosfeer. Deze ontdekking lost mogelijk een 17-jarig mysterie op van hoe de magnetosfeer constant wordt bijgevuld met geëlektrificeerde gassen wanneer deze als een barrière zou moeten werken.
Het magnetische veld van de aarde is de eerste verdedigingslinie van onze planeet tegen het bombardement van de zonnewind. De zonnewind zelf wordt door de zon gelanceerd en draagt het magnetische veld van de zon door het hele zonnestelsel. Soms is dit magnetische veld uitgelijnd met de aarde en soms wijst het in de tegenovergestelde richting.
Wanneer de twee velden in tegengestelde richting wijzen, begrijpen wetenschappers hoe? Deuren? in het veld van de aarde kan openen. Door dit fenomeen, 'magnetische herverbinding' genoemd, kan de zonnewind naar binnen stromen en zich verzamelen in het reservoir dat bekend staat als de grenslaag. Integendeel, wanneer de velden zijn uitgelijnd, moeten ze een ondoordringbare barrière voor de stroom vormen. Ruimtevaartuigmetingen van de grenslaag, die teruggaan tot 1987, vormen echter een puzzel omdat ze duidelijk laten zien dat de grenslaag voller is wanneer de velden zijn uitgelijnd dan wanneer ze dat niet zijn. Dus hoe komt de zonnewind binnen?
Dankzij de gegevens van het vier in formatie vliegende ruimtevaartuig van ESA's Cluster-missie hebben wetenschappers een doorbraak bereikt. Op 20 november 2001 kwam de Cluster-vloot achter de aarde vandaan en was net aangekomen bij de schemerzijde van de planeet, waar de zonnewind langs de magnetosfeer van de aarde glijdt. Daar begon het gigantische gaswervelingen tegen te komen bij de magnetopauze, de buitenste? Rand? van de magnetosfeer.
? Deze draaikolken waren echt enorme structuren, ongeveer zes aardstralen,? zegt Hiroshi Hasegawa, Dartmouth College, New Hampshire, die de gegevens heeft geanalyseerd met hulp van een internationaal team van collega's. Hun resultaten plaatsen de grootte van de wervels op bijna 40.000 kilometer elk, en het is voor het eerst dat dergelijke structuren worden ontdekt.
Deze draaikolken staan bekend als producten van Kelvin-Helmholtz instabiliteiten (KHI). Ze kunnen optreden wanneer twee aangrenzende stromen met verschillende snelheden reizen, zodat de ene langs de andere glijdt. Goede voorbeelden van dergelijke instabiliteit zijn de golven die worden opgestuwd door de wind die over het oceaanoppervlak glijdt. Hoewel eerder KHI-golven werden waargenomen, is dit de eerste keer dat wervels daadwerkelijk worden gedetecteerd.
Wanneer een KHI-golf oprolt in een vortex, wordt het bekend als een 'Kelvin Cat's eye'. De door Cluster verzamelde gegevens hebben dichtheidsvariaties van het geëlektrificeerde gas laten zien, precies bij de magnetopauze, precies zoals verwacht bij het reizen door een 'Kelvin Cat's eye'.
Wetenschappers hadden gepostuleerd dat als deze structuren zich tijdens de magnetopauze zouden vormen, ze mogelijk grote hoeveelheden zonnewind binnen de grenslaag zouden kunnen trekken als ze instorten. Zodra de zonnewinddeeltjes in het binnenste deel van de magnetosfeer worden gebracht, kunnen ze sterk worden opgewekt, waardoor ze de atmosfeer van de aarde kunnen inslaan en de aurorae kunnen veroorzaken.
De ontdekking van Cluster versterkt dit scenario, maar toont niet het precieze mechanisme waarmee het gas in de magnetische bel van de aarde wordt getransporteerd. Wetenschappers weten dus nog steeds niet of dit het enige proces is om de grenslaag op te vullen wanneer de magnetische velden zijn uitgelijnd. Voor die metingen, zegt Hasegawa, zullen wetenschappers moeten wachten op een toekomstige generatie magnetosferische satellieten.
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
