Artist's impression van microturbulentie gezien door Cluster. Afbeelding tegoed: ESA Klik om te vergroten
Dankzij metingen van ESA's Cluster-missie heeft een team van Europese wetenschappers 'micro'-wervelingen in de magnetosfeer van de aarde geïdentificeerd.
Dergelijke kleinschalige wervel turbulentie, waarvan het bestaan werd voorspeld door middel van wiskundige modellen, is niet eerder waargenomen in de ruimte. De resultaten zijn niet alleen relevant voor de ruimtefysica, maar ook voor andere toepassingen zoals onderzoek naar kernfusie.
Op 9 maart 2002 staken de vier Cluster-satellieten, die in tetraëdrische formatie op 100 kilometer afstand van elkaar vlogen, de noordelijke? Magnetische punt? Over. toen ze hun ontdekking deden. Magnetische knobbels zijn de gebieden boven de magnetische polen waar de magnetische veldlijnen die de aarde omringen een magnetische trechter vormen.
De magnetische knobbels zijn de twee belangrijke gebieden in de magnetosfeer van de aarde waar de? Zonnewind? - een constante stroom van door de zon gegenereerde geladen deeltjes die het hele zonnestelsel doorkruist - heeft rechtstreeks toegang tot de bovenste laag van de atmosfeer van de aarde (de ionosfeer).
Via deze en andere? Toegankelijke? Grote hoeveelheden plasma (een gas van geladen deeltjes) en energie worden getransporteerd. regio's, om de magnetosfeer te penetreren - het natuurlijke beschermende schild van de aarde. Slechts minder dan één procent van alle energie die wordt gedragen door de zonnewind en de magnetosfeer van de aarde raakt, slaagt erin om erdoorheen te sluipen, maar het kan nog steeds een aanzienlijke impact hebben op aardse systemen, zoals telecommunicatienetwerken en hoogspanningslijnen.
Het naar binnen sluipende zonnemateriaal genereert turbulentie in het plasma rond de aarde, vergelijkbaar met dat in vloeistoffen maar met complexere krachten. Dergelijke turbulentie wordt bijvoorbeeld opgewekt in de overgangsgebieden tussen plasmalagen met verschillende dichtheid en temperatuur, maar de vormingsmechanismen zijn nog niet helemaal duidelijk.
De turbulentie bestaat op verschillende schaalniveaus, van enkele duizenden tot enkele kilometers breed. Met in situ? Multi-point? metingen, rapporteerden de vier Cluster-satellieten in 2004 het bestaan van grootschalige turbulentie - wervels tot 40.000 kilometer breed, aan de flank van de? magnetopauze? (een grenslaag die de magnetosfeer scheidt van de vrije ruimte). De nieuwe ontdekking van? Micro? turbulentie, met wervels van slechts 100 kilometer breed, is een primeur in de studie van het plasma rond de aarde.
Cluster: een ongekend diagnostisch hulpmiddel
Zo'n ontdekking is erg relevant. Het stelt wetenschappers bijvoorbeeld in staat om kleine en grootschalige turbulentie aan elkaar te koppelen en zich af te vragen hoe deze eigenlijk wordt gevormd en wat de verbindingen zijn. Wat zijn bijvoorbeeld de basismechanismen die de turbulentie aandrijven en vormgeven? Hoeveel dragen wervelingen bij aan het transport van massa en energie door grenslagen? Zijn er kleine wervels nodig om grote te genereren? Of, aan de andere kant, verdrijven grote draaikolken hun energie en creëren ze een waterval van kleinere?
Om deze vragen te beantwoorden, is Cluster een ongekend diagnostisch hulpmiddel voor de eerste driedimensionale kaart van de nabije aarde, waarvan de uitzonderlijkheid wordt verkregen door de gelijktijdige waarnemingen van meerdere ruimtevaartuigen. Cluster brengt een revolutie teweeg in ons begrip van de manieren en de mechanismen waarmee zonneactiviteit de aarde beïnvloedt.
Bovendien draagt de studie van Cluster naar de turbulentie in het plasma van de aarde, met de dynamiek en de betrokken energieën, bij tot de vooruitgang van fundamentele theorieën over plasma. Dit is niet alleen belangrijk in de astrofysica, maar ook voor het begrip en de behandeling van plasma in laboratoria, gezien de hoge energieën die ermee gemoeid zijn. Dit is met name relevant voor onderzoek naar kernfusie.
De gegevens van Cluster vormen bijvoorbeeld een aanvulling op onderzoek naar plasmafysica in het internationale ITER-project, een experimentele stap waarbij verschillende onderzoeksinstituten over de hele wereld betrokken zijn voor de elektriciteitsproductiecentrales van morgen. In dit opzicht heeft Cluster, door in de magnetosfeer te tasten, vrije toegang tot het enige open? Natuurlijke laboratorium? voor de studie van plasmafysica.
Oorspronkelijke bron: ESA Portal
