Plasma fra Solen skaber uro ved Jorden

Micro turbulence seen by Cluster
10 august 2005

Videnskabelig artikel baseret på data fra ESA’s Cluster-satellitter afslører ny type af hvirvelstrømme, når materiale fra Solen trænger gennem Jordens magnetfelt. Fænomenet påvirker telekommunikation og strømforsyning på Jorden.

I det nye nummer af det videnskabelige tidsskrift Nature, som udkommer den 11. august, offentliggør en gruppe europæiske forskere opdagelsen af et nyt fænomen i Jordens magnetosfære. Fænomenet, som har betydning for funktionen af telekommunikation og strømforsyning, er tidligere forudsagt i matematiske modeller. Nu er det lykkedes forskergruppen at påvise, at det er en realitet. Det videnskabelige arbejde er baseret på målinger foretaget af ESA’s Cluster-mission. Cluster består af fire ens satellitter, der flyver i formation. De studerer Solen og Sol-Jord systemet.

Jorden har to såkaldte magnetiske spidser, en ved Nordpolen og en ved Sydpolen. Her samles de magnetiske feltlinier, der omkranser Jorden, så de danner en tragt. Det tillader solvinden - et konstant flow af ladede partikler genereret af Solen, der krydser gennem hele solsystemet - at få direkte adgang til det øverste lag af Jordens atmosfære (ionosfæren). Mindre end én procent af al energien båret af solvinden, som rammer magnetosfæren, har held til at smutte igennem. Det er nok til at påvirke systemer på Jorden som telekommunikationsnetværk og strømforsyninger.

Den 9. marts 2002 krydsede de fire Cluster-satellitter, der flyver i formation med en indbyrdes afstand af 100 kilometer, den nordlige magnetiske spids, da de gjorde deres opdagelse.

Det solmateriale, der smutter ind, skaber turbulens i plasmaen omkring Jorden på samme måde som ved væsker, men med mere komplekse kræfter involveret. Turbulensen findes i forskellige størrelsesforhold fra flere tusind til blot få kilometer i tværsnit. I 2004 rapporterede de fire Cluster-satellitter om eksistensen af en kraftig turbulens - hvirvelstrømme med en bredde af op til 40.000 kilometer på siden af "magnetopausen" (en grænse der adskiller magnetosfæren fra det ydre rum). Den nye opdagelse – som beskrives i Nature-artiklen – er, at der også findes mindre hvirvelstrømme på kun 100 kilometer i tværsnit.

Sådan en opdagelse giver videnskabsfolkene mulighed for at begynde at koble større og mindre tilfælde af turbulens sammen og spørge sig selv, hvordan de opstår, og hvad forbindelserne er. For eksempel kan man spørge, hvilke mekanismer der driver og former turbulensen? Hvor meget bidrager hvirvelstrømme til transporten af masse og energi gennem grænselag? Skal der en lille hvirvelstrøm til at frembringe en stor? Eller spreder de store deres energi og frembringer en kaskade af mindre hvirvelstrømme?

Cluster-missionen skal bidrage til at besvare denne type spørgsmål. Cluster er et helt nyt diagnostikværktøj, med hvilket vi kan udarbejde det første tredimensionelle kort over Jordens nærmiljø, og det er helt enestående med sine samtidige observationer fra mange rumsonder.

Area of turbulence in the Northern magnetic cusp
Area of turbulence in the Northern magnetic cusp

Clusters studie af turbulensen i Jordens plasma bidrager også til at komme videre med de fundamentale teorier om selve plasmaen. Det er ikke kun vigtigt for astrofysikken, det har også betydning for håndteringen af plasma i laboratorierne på Jorden på grund af de kraftige involverede energier. Med andre ord er resultaterne ikke kun relevante for rumfysikken, men også for andre områder som for eksempel forskningen i nuklear fusion.

Bemærkning til redaktørerne

Disse resultater er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature den 11. august. Forfatterne til resultaterne er: D. Sundkvist (CNRS, Orleans, Frankrig/Swedish Institute of Space Physics, Uppsala, Sverige); V. Krasnoselskikh (CNRS, Orleans, Frankrig); P.K. Shukla (Institut für Theoretische Physik IV, Bochum, Tyskland); A. Vaivads, M. Andre, S. Buchert (Swedish Institute of Space Physics, Uppsala, Sverige); H. Reme (CESR, Toulouse, Frankrig).

Opdagelsen af de nævnte kæmpehvirvelstrømme blev offentliggjort i Nature den 12. august 2004 i en artikel af H. Hasegawa, et al.

For yderligere oplysninger:

David Sundkvist,
Hovedforfatter , Swedish Institute of Space Physics (IRF)3333 , Uppsala, Sverige
E-mail: david.sundkvist@irfu.se

Philippe Escoubet
ESA, Cluster Project Scientist
E-mail: philippe.escoubet @ esa.int

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.