Een afbeelding van NASA's ACE en Wind en ESA's Cluster-ruimtevaartuig dat zonnestraalstralen tegenkomt. Afbeelding tegoed: UC Berkeley Klik om te vergroten
Een vloot van NASA- en European Space Agency-sondes voor ruimteweer observeerde een immense straal elektrisch geladen deeltjes in de zonnewind tussen de zon en de aarde. De jet, minstens 200 keer zo breed als de aarde, werd aangedreven door botsende magnetische velden in een proces dat 'magnetische herverbinding' wordt genoemd.
magnetische herverbinding in de zonnewind
Deze stralen zijn het resultaat van natuurlijke deeltjesversnellers die alles wat op aarde is gebouwd in het niet doen vallen. Wetenschappers bouwen kilometerslange deeltjesversnellers op aarde om atomen samen te breken in een poging de fundamentele wetten van de natuurkunde te begrijpen.
Vergelijkbare door heraansluiting aangedreven jets komen voor in het magnetische schild van de aarde en produceren effecten die ruimtevaartuigen kunnen uitschakelen en ernstige magnetische stormen op onze planeet kunnen veroorzaken, waardoor elektriciteitscentrales soms worden verstoord.
De nieuw ontdekte interplanetaire stralen zijn veel groter dan die binnen het magnetische schild van de aarde. De nieuwe waarneming is de eerste directe meting die aangeeft dat magnetische herverbinding op immense schaal kan plaatsvinden.
Het begrijpen van magnetische herverbinding is van fundamenteel belang voor het begrijpen van explosieve verschijnselen in het hele universum, zoals zonnevlammen (miljard megaton explosies in de atmosfeer van de zon), gammastraaluitbarstingen (intense uitbarstingen van straling van exotische sterren) en laboratorium kernfusie. Net zoals een elastiekje plotseling kan breken wanneer het te ver wordt gedraaid, is magnetische herverbinding een natuurlijk proces waarbij de energie in een gestrest magnetisch veld plotseling vrijkomt wanneer het van vorm verandert, waardoor deeltjes (ionen en elektronen) worden versneld.
"Alleen met gecoördineerde metingen door Sun-Earth-verbinding ruimtevaartuigen zoals ACE, Wind en Cluster kunnen we de ruimteomgeving met ongekende details en in drie dimensies verkennen", zegt Dr. Tai Phan, hoofdauteur van de resultaten, van de Universiteit van Californië , Berkeley. "De bijna-aardse ruimteomgeving is het enige natuurlijke laboratorium waar we de fysica van explosieve magnetische verschijnselen die in het hele heelal voorkomen direct kunnen meten." Phans artikel verschijnt op 12 januari als coverartikel in Nature.
De zonnewind is een verdunde stroom van elektrisch geladen (geïoniseerd) gas dat continu uit de zon blaast. Omdat de zonnewind elektrisch geladen is, draagt hij zonnemagnetische velden met zich mee. De zonnewind afkomstig van verschillende plaatsen op de zon draagt magnetische velden die in verschillende richtingen wijzen. Magnetische herverbinding in de zonnewind vindt plaats wanneer 'vellen' van tegengesteld gerichte magnetische velden tegen elkaar worden gedrukt. Daarbij verbinden de platen zich tot een X-vormige dwarsdoorsnede die vervolgens wordt vernietigd of gebroken om een nieuwe magnetische lijngeometrie te vormen. De creatie van een andere magnetische geometrie produceert uitgebreide stralen deeltjes die wegvloeien van de herverbindingsplaats.
Tot voor kort werd magnetische herverbinding meestal gemeld in de 'magnetosfeer' van de aarde, het natuurlijke magnetische schild rond de aarde. Het is samengesteld uit magnetische veldlijnen die door onze planeet worden gegenereerd en beschermt ons tegen de continue stroom van geladen deeltjes waaruit de zonnewind bestaat door ze af te buigen. Wanneer de interplanetaire magnetische veldlijnen die door de zonnewind worden gedragen, zich in de tegenovergestelde richting van de magnetische veldlijnen van de aarde bevinden, wordt de verbinding opnieuw tot stand gebracht en kan zonnemateriaal door het aardschild breken.
Sommige eerdere herverbindingsgebeurtenissen gemeten in de magnetosfeer van de aarde suggereerden dat het fenomeen intrinsiek willekeurig en fragmentarisch van aard was en zich niet meer dan een paar tienduizenden kilometers (mijlen) uitstrekte. "Deze ontdekking brengt echter een langdurig debat op gang over de vraag of herverbinding intrinsiek fragmentarisch is, of dat het in plaats daarvan in uitgestrekte regio's in de ruimte kan opereren", zei Dr. Jack Gosling van de Universiteit van Colorado, co-auteur van het artikel en een pionier in onderzoek naar herverbinding in de ruimte.
Het bredere beeld van magnetische herverbinding ontstond toen zes ruimtevaartuigen? de vier European Space Agency Cluster-ruimtevaartuigen en NASA's Advanced Composition Explorer (ACE) en windprobes? vlogen in de zonnewind buiten de magnetosfeer van de aarde op 2 februari 2002 en deden een toevallige ontdekking. Gedurende een tijdspanne van ongeveer twee en een half uur observeerden alle ruimtevaartuigen achtereenvolgens een enkele enorme stroom van straaldeeltjes, van minstens 2,5 miljoen kilometer breed (ongeveer 1,5 miljoen mijl of bijna 200 aardediameters), veroorzaakt door de grootste herverbindingsgebeurtenis ooit direct gemeten.
"Als de waargenomen herverbinding fragmentarisch was, zou een of meer ruimtevaartuigen hoogstwaarschijnlijk geen versnelde stroom van deeltjes zijn tegengekomen", zei Phan. "Bovendien zouden fragmentarische en willekeurige herverbindingsgebeurtenissen ertoe hebben geleid dat verschillende ruimtevaartuigen in verschillende richtingen gerichte stralen detecteerden, wat niet het geval was."
Aangezien het ruimtevaartuig de straal meer dan twee uur heeft gedetecteerd, moet de herverbinding gedurende ten minste die tijdspanne bijna stabiel zijn geweest. Nog 27 grootschalige herverbindingsevenementen? met de bijbehorende jets - werden geïdentificeerd door ACE en Wind, waarvan er vier meer dan 50 aarddiameters hadden, of 650.000 kilometer (ongeveer 400.000 mijl). Dankzij deze aanvullende gegevens kon het team concluderen dat herverbinding in de zonnewind moet worden beschouwd als een uitgebreid en stabiel fenomeen.
De gebeurtenis van 2 februari 2002 had aanzienlijk groter kunnen zijn, maar het ruimtevaartuig was niet meer dan 200 aarddiameters van elkaar verwijderd, dus de ware omvang is niet bekend. Twee nieuwe NASA-missies zullen helpen de werkelijke omvang van deze evenementen te meten en ze nader te onderzoeken. De Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) -missie, gepland voor lancering in mei of juni 2006, zal bestaan uit twee ruimtevaartuigen die in een baan om de zon aan weerszijden van de aarde draaien, met een onderlinge afstand van wel 186 miljoen mijl (bijna 300 miljoen kilometer). Hun primaire missie is het waarnemen van Coronal Mass Ejections, miljard ton uitbarstingen van elektrisch geladen gas van de zon, in drie dimensies. Het ruimtevaartuig zal echter ook magnetische herverbindingsgebeurtenissen in de zonnewind kunnen detecteren met instrumenten die magnetische velden en geladen deeltjes meten. De Magnetospheric Multi-Scale-missie (MMS), gepland voor lancering in 2013, zal vier identieke ruimtevaartuigen in verschillende banen om de aarde gebruiken om gedetailleerde onderzoeken uit te voeren naar de oorzaak van magnetische herverbinding in de magnetosfeer van de aarde.
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
