Magnetische 'Switchbacks' Nabij Aarde Vereisen Herziening Ruimteweer Modellen

Wetenschappers hebben recentelijk magnetische 'switchbacks' gedetecteerd in de nabijheid van het aardemagneetveld, een fenomeen dat voorheen uitsluitend in de directe omgeving van de Zon werd waargenomen. Deze ontdekking, die een nieuw hoofdstuk opent in het begrip van het ruimteweer, werd gedaan door de Magnetospheric Multiscale (MMS) missie van NASA, die al bijna een decennium de interactie tussen het magneetveld van de Aarde en dat van de Zon bestudeert.

De vier onbemande sondes van de MMS-missie hebben deze ongebruikelijke, geknikte magnetische structuur vastgelegd in de magnetoschede, de turbulente laag direct buiten de magnetosfeer van de Aarde waar de zonnewind afbuigt. Deze hybride structuur lijkt te ontstaan door explosieve magnetische herkoppeling, waarbij magnetische veldlijnen van de Zon, meegesleurd door de zonnewind, in botsing komen met tegengesteld georiënteerde aardse veldlijnen. De analyse van de MMS-gegevens toonde aan dat de switchback bestond uit een mengsel van plasma van zowel de Zon als de Aarde, met hoogenergetische elektronen die vermoedelijk afkomstig waren van het aardse magnetische veld aan de zonnewaartse zuidkant.

De MMS-probes waren in staat om de rotatie van het veld en de deeltjessnelheden nauwkeurig te meten, wat een directe vergelijking met bestaande modellen voor turbulentie en herkoppeling mogelijk maakte. De aanwezigheid van deze energierijke structuren zo dicht bij de Aarde heeft aanzienlijke gevolgen voor de nauwkeurigheid van de voorspelling van ruimteweer. Als deze switchbacks lokaal kunnen ontstaan, kunnen ze fungeren als ontstekingspunten voor gelokaliseerde geomagnetische stormen of op onvoorspelbare wijze de intensiteit van poollichtverschijnselen verhogen.

Eerdere waarnemingen, onder andere door de Parker Solar Probe nabij de Zon, hebben switchbacks al gelinkt aan de versnelling van de zonnewind en de verwarming van de zonneatmosfeer. De ontdekking suggereert dat het magnetische veld van de Aarde zelf de capaciteit bezit om turbulentie te genereren of te versterken, wat een herziening van de huidige modellen voor ruimteweer-voorspelling noodzakelijk maakt. De implicaties reiken verder dan de theoretische fysica; herkoppeling injecteert energie in de nabije ruimte van de Aarde, wat de beweging van geladen deeltjes door de bovenste atmosfeer beïnvloedt.

Dit kan gevolgen hebben voor wereldwijde communicatiesystemen, satellietnavigatie en zelfs de veiligheid van astronauten in een baan om de Aarde, aangezien grote herkoppelingsgebeurtenissen storende geomagnetische stormen kunnen veroorzaken die aardse elektriciteitsnetwerken en radioverbindingen kunnen verstoren. De onderzoekers, waaronder astrofysicus Emily McDougall van de Universiteit van New Hampshire, die de studie leidde, zien deze lokale waarneming als een praktisch testlaboratorium om de fysica van de Zon te bestuderen zonder sondes in de extreme omstandigheden nabij de Zon te hoeven sturen. Het team van MMS is van plan om de sondes opnieuw door dit gebied te sturen om meer inzicht te krijgen in de vormingsmechanismen en de energiecondities die deze switchbacks teweegbrengen.

De waargenomen structuur voldoet aan de criteria voor een magnetische switchback, gekenmerkt door een gidsveld met een sterkte van 1,2 en een z-parameter groter dan 0,5, wat de mate van veldrichtingsrotatie aangeeft. Deze bevindingen suggereren dat de magnetische 'bubbel' van de Aarde nauwer verbonden is met de Zon dan voorheen werd aangenomen, en dat processen zoals 'interchange reconnection' – waarbij een open veldlijn van de zonnewind in een gesloten aardse lus knapt – een rol spelen bij de energieoverdracht tussen de Zon en de Aarde. Dit inzicht is cruciaal voor het verfijnen van modellen die voorspellen wanneer en hoe deze verstoringen zich manifesteren in ons technologisch afhankelijke bestaan.