Het begrip "leven in een luchtbel" wordt meestal geassocieerd met negatieve connotaties, maar al het leven op aarde is afhankelijk van de veilige luchtbel die door ons magnetisch veld wordt gecreëerd. Begrijpen hoe dat veld ontstaat, hoe het ons beschermt en hoe het soms plaatsmaakt voor geladen deeltjes uit de zonnewind is niet alleen een kwestie van wetenschappelijk belang, maar ook een kwestie van veiligheid. Met behulp van informatie van ESA's Cluster- en Swarm-missies, in combinatie met metingen vanaf de grond, hebben wetenschappers voor het eerst kunnen bevestigen dat merkwaardig genaamde uitbarstende bulkstromen rechtstreeks verband houden met abrupte veranderingen in het magnetisch veld nabij het aardoppervlak, wat schade kan veroorzaken aan pijpleidingen en elektrische leidingen.
De magnetosfeer is een traanvormig gebied in de ruimte dat aan de dagzijde ongeveer 65 000 km van de aarde begint en zich aan de nachtzijde tot meer dan 6 000 000 km uitstrekt. Het wordt gevormd door interacties tussen het magnetisch veld van de aarde en de supersonische wind die van de zon komt. Deze interacties zijn uiterst dynamisch en omvatten ingewikkelde magnetische veldconfiguraties en elektrische stroomsystemen. Bepaalde zonne-omstandigheden, bekend als ruimteweer, kunnen de magnetosfeer teisteren door hoogenergetische deeltjes en stromen door het systeem te jagen, waardoor soms ruimteapparatuur, communicatienetwerken op de grond en elektriciteitssystemen worden ontregeld.
In een elliptische baan rond de aarde, tot op een afstand van 100 000 km, onthult ESA's unieke Cluster-missie met vier ruimtevaartuigen al sinds 2000 de geheimen van onze magnetische omgeving. Opmerkelijk genoeg is de missie nog steeds in uitstekende gezondheid en maakt ze nog steeds nieuwe ontdekkingen mogelijk op het gebied van heliofysica - de wetenschap die de relatie onderzoekt tussen de zon en lichamen in het zonnestelsel, in dit geval de aarde. Het in 2013 gelanceerde ESA-trio van Swarm-satellieten draait veel dichter bij de aarde en wordt voornamelijk gebruikt om te begrijpen hoe ons magnetisch veld wordt gegenereerd door nauwkeurig de magnetische signalen te meten die afkomstig zijn van de kern, mantel, korst en oceanen van de aarde, alsook van de ionosfeer en de magnetosfeer. Swarm leidt echter ook tot nieuwe inzichten in het weer in de ruimte. De complementariteit van deze twee missies, die deel uitmaken van het ESA Heliophysics Observatory, biedt wetenschappers een unieke kans om diep in de magnetosfeer van de aarde te graven en de risico's van ruimteweer beter te begrijpen.
In een artikel in Geophysical Research Letters beschrijven wetenschappers hoe zij gegevens van zowel Cluster als Swarm samen met metingen van instrumenten op de grond hebben gebruikt om het verband te onderzoeken tussen zonnestormen, uitbarstende massastromen in de binnenste magnetosfeer en verstoringen in het magnetisch veld op grondniveau die "geomagnetisch geïnduceerde stromingen" op en onder het aardoppervlak aandrijven. De theorie was dat intense veranderingen in het geomagnetische veld die geomagnetisch geïnduceerde stromingen aandrijven, samengaan met stromingen die in de richting van het magnetische veld stromen, aangedreven door bursty bulk flows, dat zijn snelle uitbarstingen van ionen die zich meestal met een snelheid van meer dan 150 km per seconde verplaatsen. Deze veldgerichte stromen verbinden de ionosfeer en de magnetosfeer en passeren de locaties van zowel de Cluster als de Zwerm. Tot nu toe was deze theorie niet bevestigd.
Malcolm Dunlop, van het Rutherford Appleton Laboratory in het Verenigd Koninkrijk, legt uit: "We gebruikten het voorbeeld van een zonnestorm in 2015 voor ons onderzoek. Met de gegevens van Cluster konden we uitbarstende bulkstromen onderzoeken - uitbarstingen van deeltjes in de magnetotail - die bijdragen aan grootschalige convectie van materiaal naar de aarde tijdens geomagnetisch actieve tijden, en die in verband worden gebracht met kenmerken van het noorderlicht die bekend staan als aurorale streamers. Gegevens van Swarm toonden overeenkomstige grote verstoringen dichter bij de aarde in verband met verbindende veld-gerichte stromen uit de buitenste gebieden die de stromen bevatten. "Samen met andere metingen vanaf het aardoppervlak konden we bevestigen dat intense verstoringen van het magnetische veld nabij de aarde in verband staan met de aankomst van uitbarstende bulkstromen verder in de ruimte.
ESA's Swarm-missiemanager, Anja Strømme, voegde daaraan toe: "Het is te danken aan het feit dat beide missies tot ver na hun geplande levensduur zijn verlengd, en dat beide missies dus tegelijkertijd in een baan om de aarde zijn gebracht, dat we deze bevindingen hebben kunnen realiseren." Hoewel deze wetenschappelijke ontdekking misschien enigszins academisch lijkt, zijn er reële voordelen voor de samenleving. De zon overspoelt onze planeet met het licht en de warmte die nodig zijn om het leven in stand te houden, maar bombardeert ons ook met gevaarlijke geladen deeltjes in de zonnewind. Deze geladen deeltjes kunnen schade toebrengen aan communicatienetwerken en navigatiesystemen zoals GPS, en aan satellieten - allemaal zaken waarop wij in ons dagelijks leven vertrouwen voor diensten en informatie.
Zoals in het artikel wordt besproken, kunnen deze stormen het aardoppervlak en de ondergrond aantasten, wat kan leiden tot stroomonderbrekingen, zoals de grote stroomstoring in Quebec in Canada in 1989. Met een snel groeiende infrastructuur, zowel op de grond als in de ruimte, die het moderne leven ondersteunt, is er een toenemende behoefte om het weer in de ruimte te begrijpen en te monitoren om passende bestrijdingsstrategieën te kunnen vaststellen.
Alexi Glover, van het ESA Space Weather Office: "Deze nieuwe resultaten helpen ons meer inzicht te krijgen in processen binnen de magnetosfeer die kunnen leiden tot potentieel gevaarlijke ruimteweersomstandigheden. Inzicht in deze verschijnselen en hun mogelijke gevolgen is van essentieel belang voor de ontwikkeling van betrouwbare diensten voor eindgebruikers die potentieel gevoelige infrastructuur exploiteren."
Bron: ESA
