Audrey Schillings verdedigde onlangs haar proefschrift over atmosferisch verlies van de aarde en hoe dit varieert met de omstandigheden van de zonnewind. Audrey was werkzaam bij het Swedish Institute of Space Physics en schreef zich in aan de Luleå University of Technology als lid van de Graduate School in Space Technology.

In het proefschrift, Audrey Schillings laat zien hoe de uitstroom van zuurstofionen toeneemt met toenemende dynamische druk van de zonnewind, met zuidelijke richting van het interplanetaire magnetische veld en met de hoeveelheid extreem ultraviolette straling. Tijdens magnetische stormen kan de uitstroom van zuurstofionen tot 100 keer de rusttijdwaarde toenemen. Gegevens en modellen laten zien dat de waargenomen ionen de atmosfeer van de aarde zullen verlaten en verloren gaan in de ruimte.

De onderzoeken zijn gebaseerd op gegevens van de satellietconstellatiecluster van de European Space Agency, die bestaat uit vier ruimtevaartuigen die in formatie vliegen. De primaire gegevens zijn afkomstig van de ionensensor Cluster Ion Spectrometer, gebouwd en ontwikkeld in Toulouse.

De bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde zijn onderhevig aan extreme ultraviolette straling en energetische deeltjesbombardementen vanuit de ruimte, die beide elektronen van atomen en moleculen afstoten, waardoor ze elektrisch geladen ionen worden. Elektrisch geladen ionen worden beïnvloed door zowel magnetische als elektrische velden. De velden kunnen de deeltjes versnellen zodat ze de zwaartekracht overwinnen en de ruimte in kunnen ontsnappen. Ze worden vooral beïnvloed door de zonnewind, een stroom van geladen deeltjes afkomstig van de zon, die elektrische en magnetische velden met zich meedraagt. Ze worden ook beïnvloed door het magnetische veld van planeet Aarde, die op zijn beurt de zonnewind beïnvloedt en een bel in de zonnewind creëert - de magnetosfeer van de aarde.

De atmosferische uitstroom door ionen wordt sinds de jaren zestig bestudeerd, maar veel details zijn onduidelijk gebleven. De rol van het sterke planetaire magnetische veld is zo'n factor, in vergelijking met niet-gemagnetiseerde planeten zoals Mars of Venus. Er is gedacht dat het magnetische veld de atmosfeer van de aarde beschermt tegen de zonnewind, en kan zelfs ontsnappende deeltjes terug naar de atmosfeer leiden. Een andere gerelateerde vraag betreft de uitstroom tijdens geomagnetische stormen.

"Magnetische stormen worden aangedreven door processen op de zon, " legt Audrey uit. "Ze leiden tot een verhoogde instroom van deeltjes en energie in de magnetosfeer van de aarde. Ze zijn bijzonder interessant, omdat men gelooft dat ze representatief zijn voor de omstandigheden van het oude zonnestelsel, toen de zon nog jong was, ongeveer 4 miljard jaar geleden. Aarde, Mars en Venus verliezen nu niet veel van hun atmosfeer, maar misschien was het vroeger anders?"

Magnetische stormen komen niet vaak voor, ze dragen dus vrij weinig bij aan de totale dataset. Tegelijkertijd, de magnetosfeer van de aarde is groot, dus het maakt veel uit waar het ruimtevaartuig zich tijdens een storm in de magnetosfeer bevond.

"Mijn eerste taak was om een ​​nieuwe methode te ontwikkelen om te kijken naar de relatieve verandering van de uitstroom van ionen in het deel van de magnetosfeer waar het ruimtevaartuig zich bevond. We ontdekten dat de uitstroom van ionen tijdens een storm bijna honderdvoudig kon toenemen, ' zegt Audrey.

De volgende stap was om te bestuderen hoe de uitstroom van de aarde varieerde met de omstandigheden van de zonnewind op een manier die vergelijkbaar was met hoe dit in ander recent onderzoek voor Mars was bestudeerd. De Mars-studie gaf aan dat uitstroom tijdens stormen, en dus in het verleden, waarschijnlijk lager was dan nu. We hebben dus reden om vraagtekens te zetten bij het beeld dat het magnetische veld van de aarde de atmosfeer beschermt. De processen die we bestuderen worden efficiënter wanneer het sterke planetaire magnetische veld helpt om energie van de zonnewind te verzamelen en naar de atmosfeer te kanaliseren.

"Onze studie van hoe de uitstroom tijdens stormen toeneemt, geeft inzicht in hoeveel atmosfeer verloren kan gaan van een nieuw gevormde planeet. Mogelijk laat het ook zien dat een planetair magnetisch veld kan helpen om atmosfeer van een planeet te verwijderen. Dit was een verrassende ontdekking, ' zegt Audrey.