ESA's Cluster-ruimtevaartuig bevond zich op het juiste moment op 15 september 2001. De schat aan gegevens zal wetenschappers helpen om interacties tussen de magnetosfeer van de aarde en de zonnewind beter te modelleren, evenals de magnetische velden rond andere sterren en exotische objecten met krachtige magnetische velden.
ESA's ruimtevaartuigconstellatiecluster heeft de magnetische roos in de roos geraakt. De vier ruimtevaartuigen omringden een gebied waarbinnen het magnetische veld van de aarde zichzelf spontaan aan het herconfigureren was.
Het is voor het eerst dat een dergelijke waarneming is gedaan en geeft astronomen een uniek inzicht in het fysische proces dat verantwoordelijk is voor de krachtigste explosies die zich in het zonnestelsel kunnen voordoen: de magnetische herverbinding.
Als je kijkt naar het statische patroon van ijzervijlsel rond een staafmagneet, is het moeilijk voor te stellen hoe veranderlijke en gewelddadige magnetische velden in andere situaties kunnen zijn.
In de ruimte gedragen verschillende gebieden van magnetisme zich enigszins als grote magnetische bellen, die elk geëlektrificeerd gas bevatten dat bekend staat als plasma. Wanneer de bellen elkaar raken en tegen elkaar worden geduwd, kunnen hun magnetische velden breken en opnieuw verbinden, waardoor een stabielere magnetische configuratie ontstaat. Deze herverbinding van magnetische velden genereert stralen deeltjes en verwarmt het plasma.
In het hart van een herverbindingsgebeurtenis moet er een driedimensionale zone zijn waar de magnetische velden breken en opnieuw verbinden. Wetenschappers noemen deze regio het nulpunt, maar tot nu toe hebben ze er nooit een positief kunnen identificeren, omdat het minstens vier gelijktijdige meetpunten vereist.
Op 15 september 2001 passeerden de vier Cluster-ruimtevaartuigen achter de aarde. Ze vlogen in een tetraëdrische formatie met scheidingen tussen het ruimtevaartuig van meer dan 1000 kilometer. Terwijl ze door de magnetotail van de aarde vlogen, die zich uitstrekt achter de nachtelijke kant van onze planeet, omsingelden ze een van de vermoedelijke nulpunten.
De gegevens die door het ruimtevaartuig zijn geretourneerd, zijn uitgebreid geanalyseerd door een internationaal team van wetenschappers onder leiding van Dr. C. Xiao van de Chinese Academie van Wetenschappen, Prof. Pu van de Peking Universiteit, Prof. Wang van de Dalian University of Technogy. Xiao en zijn collega's gebruikten de Cluster-gegevens om de driedimensionale structuur en grootte van het nulpunt af te leiden, wat een verrassing opleverde.
Het nulpunt bestaat in een onverwachte vortexstructuur van ongeveer 500 kilometer breed. "Deze karakteristieke grootte is nooit eerder gerapporteerd in observaties, theorie of simulaties", zeggen Xiao, Pu en Wang.
Dit resultaat is een belangrijke prestatie voor de Cluster-missie, omdat het wetenschappers een eerste blik geeft op de kern van het herverbindingsproces.
In het hele universum wordt gedacht dat magnetische herverbinding een fundamenteel proces is dat veel krachtige verschijnselen aandrijft, zoals de stralingstralen die uit verre zwarte gaten ontsnappen en de krachtige zonnevlammen in ons eigen zonnestelsel die meer energie dan een miljard kunnen afgeven atoombommen.
Op kleinere schaal laat opnieuw verbinden aan de daggrens van het magnetische veld van de aarde zonnegas door, wat een specifiek type aurora veroorzaakt, ‘proton aurora’ genaamd.
Begrijpen wat magnetische herverbinding veroorzaakt, zal wetenschappers ook helpen om kernfusie te gebruiken voor energieproductie. In tokamak-fusiereactoren beroven spontane magnetische herconfiguraties het proces van zijn bestuurbaarheid. Door te begrijpen hoe magnetische velden zich opnieuw verbinden, hopen fusiewetenschappers betere reactoren te kunnen ontwerpen die dit verhinderen.
Na één nulpunt te hebben vastgesteld, hoopt het team nu toekomstige roosjes te scoren om nulls te vergelijken en te zien of hun eerste detectie een configuratie had die zeldzaam of gebruikelijk is.
Oorspronkelijke bron: ESA News Release
