Wetenschappers Bevestigen 'Lachende Elektronen' in Aardmagnetisch Veld voor Ruimteweeranalyse

Wetenschappers hebben de aanwezigheid bevestigd van unieke, 'lachende elektronen' binnen het beschermende magnetische veld van de aarde. Deze bevinding levert fundamentele inzichten op in de complexe mechanismen van magnetische herverbindingsgebeurtenissen, die de oorzaak zijn van verstoringen in het ruimteweer. Het onderzoek, geleid door Jason Shuster, universitair hoofddocent natuurkunde aan de University of New Hampshire (UNH), is gepubliceerd in het tijdschrift Nature: Communications Physics.

Shuster ontwikkelde een vernieuwde visualisatiemethode voor de analyse van elektronen-snelheidsdata, die hij toepaste op observaties verzameld door de Magnetospheric Multiscale (MMS) missie van NASA. De karakteristieke, glimlachvormige verdeling van de elektronen manifesteert zich uitsluitend binnen de zogenaamde elektronen-diffusieregio (EDR). Deze EDR is een kritiek, driedimensionaal gebied waar de interactie tussen het aardmagnetisch veld en de zonnewind plaatsvindt. Voorheen werd dit gebied beschouwd als een 'black box' vanwege beperkte gedetailleerde onderzoeksmogelijkheden.

De EDR vormt de binnenste kern van de 'machine' voor magnetische herverbinding, waar processen de elektrische velden in stand houden en deeltjes versnellen, wat cruciaal is voor het begrijpen van de energieoverdracht. De ontdekking van deze glimlachvormige structuur functioneert nu als een gedetailleerde 'kaart' waarmee onderzoekers de dynamiek van energieoverdracht in de ruimte beter kunnen doorgronden. Magnetische herverbinding is het proces waarbij magnetische veldlijnen plotseling herconfigureren, wat een explosieve vrijgave van energie veroorzaakt.

Shuster, die zich zestien jaar met dit fenomeen bezighoudt, stelt dat het doel is de activiteit van deze elektronen in de magnetosfeer te traceren om een compleet beeld te schetsen van wat zich binnen deze herverbindingsplaatsen afspeelt. Het succesvol doorgronden van de magnetische herverbinding via deze nieuwe 'kaart' zal leiden tot een verbeterde voorspelbaarheid van ruimteweerfenomenen. Dergelijke gebeurtenissen, veroorzaakt door uitbarstingen van plasma van de zon, hebben een directe impact op essentiële infrastructuur, waaronder communicatiesystemen, GPS-satellieten en elektriciteitsnetwerken op aarde.

De MMS-missie, gelanceerd in 2015, is specifiek ontworpen om de snelheid en variabiliteit van dit proces te meten met behulp van vier satellieten om de EDR maximaal te onderzoeken. De vastgestelde sjabloon, gedefinieerd aan de magnetische grens van de aarde, heeft een bredere toepasbaarheid voor het analyseren van plasmaomgevingen in het gehele universum. Dit omvat onder andere de plasmaomgevingen nabij zwarte gaten, de magnetosferen van andere planeten, en experimentele magnetische opsluitingsfusie-apparaten. De lichtgewicht, negatief geladen elektronen fungeren als een bijna onmiddellijke diagnostiek voor wetenschappers om de snelle herconfiguratie van de veldlijnen te registreren. De kennis over herverbinding bevestigt een fundamenteel proces in de astrofysica, met implicaties voor het beschermen van astronauten tegen straling en het waarborgen van de stabiliteit van kernfusie-energie.