Fra ‘makro’ til ‘mikro’ – virvler observert av Cluster

Micro turbulence seen by Cluster
10 august 2005

Takket være målinger gjort av ESAs Cluster-satellitter har en europeisk forskergruppe identifisert ‘mikro’-virvler i Jordens magnetosfære.

Slike små virvler har aldri tidligere vært observert i verdensrommet, selv om man ved hjelp av matematiske modeller har antatt at de eksisterer. Resultatene er relevante ikke bare for romfysikken, men også for andre forskningsprogrammer for eksempel i forbindelse med nukleær fusjon.

De fire Cluster-satellittene gjorde oppdagelsen 9. mars 2002, mens de krysset den nordlige “magnetiske trakten” i formasjon 100 kilometer fra hverandre. Disse “trakt-området” over polene oppstår der detjordmagnetiske feltets kraftlinjer ligger tett sammen.

“Traktene” er to viktige områder i Jordens magnetosfære, hvor solvinden - en konstant strøm av ladede partikler som dannes av Solen og som krysser hele solsystemet - direkte kan gå inn i det øverste sjiktet i jordatmosfæren (ionosfæren).

Store mengder plasma (en gass av ladede partikler) og energi transporteres gjennom disse og andre ‘tilgjengelige’ områder for å trenge gjennom magnetosfæren - Jordens naturlige beskyttelseskappe. Mindre enn én prosent av all energien som solvinden bringer med seg og som treffer magnetosfæren greier faktisk å snike seg gjennom, men dette kan likevel ha betydelig innflytelse på ulike systemer på Jorden, som telekommunikasjonsnettverk og kraftlinjer.

Solmaterie som sniker seg inn slik danner turbulens i plasmaen som omgir Jorden, slik det kan observeres i væske, men med flere sammensatte krefter involvert. En slik turbulens dannes for eksempel i overgangsområdene mellom ulike sjikt i plasma med forskjellig tetthet og temperatur, men foreløpig forstår vi ikke helt mekanismene som fører til at den dannes.

Virvlene kan eksistere i varierende målestokk, fra noen få kilometer til tusenvis av kilometer i tverrsnitt. I 2004 rapporterte de fire Cluster-satellittene at det eksisterer enorm turbulens med en utstrekning på opptil 40 000 kilometer i utkanten av ‘magnetopausen (en grense som skiller magnetosfæren fra det frie rommet) mens de gjorde ‘flerpunkts’-målinger der. Den nye oppdagelsen av ‘mikro’-stormer med virvler som har en utstrekning på bare 100 kilometer vide, er den første i forskningen av plasmaet som omgir Jorden.

Oppdagelsen innebærer at forskergruppen kan begynne å forbinde små og store virvler og begynne å stille spørsmål om hvordan de er dannet og hva som er sammenhengen. Hvilke mekanismer er det som for eksempel danner og driver en virvel? Hvor mye bidrar virvlene til å transportere masse og energi gjennom grensesjiktene? Må det allerede være små virvler for at de store skal kunne dannes? Eller løses energien i de store virvlene seg opp og danner en kaskade av små?

For å prøve og finne svar på disse spørsmålene, gir Cluster en revolusjonerende mulighet til å prøve og forstå hvordan og med hvilke mekanismer Solens aktiviteter påvirker Jorden. Cluster er et enestående diagnoseinstrument konstruert for å lage det første tredimensjonale kartet over Jordens nærområde. Noe av det unike er muligheten for å foreta samtidige observasjoner fra flere satellitter.

Clusters studier av stormene i Jordens plasma bidrar også til videre fremskritt angående grunnleggende teorier om plasma. Dette er ikke bare viktig innen astrofysikken, men også når det gjelder hvordan man bør omgås plasma i laboratorier på Jorden, tatt i betraktning de store energiene som er involvert. Dette er særlig relevant for forskning på nukleær fusjon.

Merknader til redigerer

Disse resultatene er publisert i 11. august-utgaven av det vitenskapelige magasinet Nature. Forfatterne av artikkelen er: D. Sundkvist (CNRS, Orleans, fransk/svensk institutt for romfysikk, Uppsala, Sverige); V. Krasnoselskikh (CNRS, Orleans, Frankrike); P.K. Shukla (Institutt for teoretisk fysikk IV, Bochum, Tyskland); A. Vaivads, M. Andre, S. Buchert (Svensk institutt for romfysikk, Uppsala, Sverige); H. Reme (CESR, Toulouse, Frankrike).

Oppdagelsen av de enorme virvlene som er nevnt her ble publisert i 2004 i 12. august-utgaven av Nature, i en artikkel skrevet av H. Hasegawa, et al.

For mer informasjon:

David Sundkvist,
Resultat ansvarlig forfatter, svensk institutt for romfysikk (IRF)3333 , Uppsala, Sverige
E-post: david.sundkvist@irfu.se

Philippe Escoubet,
ESA, vitenskapelig leder for Cluster-prosjektet
E-post: philippe.escoubet @ esa.int

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