Uitbarstingen op het oppervlak van de zon sturen wolken van elektrisch geladen deeltjes naar de aarde, het produceren van zonnestormen die - onder andere - het prachtige noorderlicht boven de Arctische gebieden kunnen veroorzaken.

Maar de stormen kunnen ook een sterke impact hebben op de efficiëntie van communicatie- en navigatiesystemen op hoge breedtegraden. Het is daarom belangrijk om de verschijnselen te bestuderen.

Nieuw onderzoek van DTU Space en University of New Brunswick (Prof. Richard Langley), NASA Jet Propulsion Laboratory (Dr. Attila Komjathy) en University of Illinois (Dr. Mark D. Butala) laten zien dat, blijkbaar, er is een verrassend en onbekend mechanisme in het spel tijdens zonnestormen. Tijdens zonnestormen, grote uitbarstingen van elektronen worden meestal naar het deel van de atmosfeer van de aarde gestuurd dat de ionosfeer wordt genoemd, die ongeveer 80 kilometer boven de aarde begint.

Dit fenomeen doet zich vooral voor op hoge breedtegraden. Het gebeurt omdat het magnetische veld dat door de uitbarsting op de zon wordt gecreëerd, interfereert met het magnetische veld van de aarde. Het opent, bij wijze van spreken, om deeltjes en elektronen - die anders zouden worden gereflecteerd - de ionosfeer te laten binnendringen.

Het is een bekend fenomeen. Maar het blijkt dat elektronen tegelijkertijd uit grote gebieden verdwijnen, wat niet eerder is aangetoond.

"We hebben uitgebreide metingen gedaan in verband met een specifieke zonnestorm boven het noordpoolgebied in 2014, en hier ontdekten we dat elektronen in grote hoeveelheden vrijwel worden gestofzuigd uit gebieden die zich uitstrekken over 500 tot 1, 000 kilometer. Het vindt plaats net ten zuiden van een gebied met een sterke toename van de elektronendichtheid, bekend als pleisters, ", zegt professor Per Høeg van DTU Space.

De resultaten van het onderzoek zijn onlangs gepubliceerd op de voorpagina van het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Radiowetenschap . De ontdekking is een belangrijk stuk in de puzzel om zonnestormen en hun impact op de ionosfeer van de aarde te begrijpen.

Het is een verrassende ontdekking die we niet hadden verwacht. We zien dat het gebeurt, maar we weten niet waarom. Echter, andere datasets uit Canada ondersteunen indirect onze nieuwe waarnemingen, ", zegt Per Høeg.

Dramatische veranderingen in magnetisch veld

De verklaring van het fenomeen zou waarschijnlijk moeten worden gezocht in de geomagnetische processen in het aardmagnetisch veld in een van de zon afgekeerde richting. De samenstelling van het magnetische veld ondergaat dramatische veranderingen in het gebied tussen de zonnewind en het aardmagnetisch veld, veroorzaakt een krachtige uitbarsting van energie.

"De voorloper van het fenomeen is een gewelddadige uitbarsting op het oppervlak van de zon - ook bekend als coronale massa-ejecties of CME, waar bellen van heet plasma en gas in de vorm van deeltjes, elektronen, en een magnetisch veld wordt in de richting van de aarde geslingerd, ", zegt Per Høeg.

Toen de geomagnetische zonnestorm in februari 2014 plaatsvond in de ionosfeer boven het noordpoolgebied, het werd gemeten via satellieten en meetstations op het land. Onder andere, via het GPS-netwerk GNET in Groenland - dat DTU helpt runnen - via de geomagnetische meetstations van DTU, het wereldwijde navigatiesysteem GPS, en verschillende Amerikaanse en Canadese satellieten. Dus, grote datavolumes van de zonnestorm werden geregistreerd.

Het onderzoek gaat veel verder dan de ontdekking dat elektronen worden uitgetrokken tijdens zonnestormen. Tibor Durgonics, Promovendus bij DTU Space en hoofdauteur van het nieuwe artikel in Radiowetenschap :

"Er zijn twee aspecten van dit onderzoek. Het kan beide voor een aantal praktische doeleinden worden gebruikt, en dan is er een theoretisch deel dat gaat over het verkrijgen van een beter basisbegrip van deze verschijnselen.

"Ons werk kan bijdragen aan het betrouwbaarder maken van navigatie tijdens ionosferische stormen in het Noordpoolgebied. Ons nieuwe onderzoek heeft ons in staat gesteld een aantal kritieke factoren te identificeren die van invloed zijn op de kwaliteit van satellietnavigatie, en om de waarschijnlijkheid te beoordelen waarop deze factoren zich kunnen voordoen. Op een meer theoretisch niveau, hebben we ontdekt dat tijdens zonnestormen, elektronen worden verwijderd in de ionosfeer, dat is het tegenovergestelde van wat je intuïtief zou verwachten."

Wanneer het magnetische veld van zonne-uitbarstingen het aardmagnetisch veld in de ionosfeer raakt, hun krachtvelden zijn gemengd. Bijgevolg, onstabiele gebieden - zogenaamde patches - worden gecreëerd in de ionosfeer van de aarde, zich uitstrekkend over grote gebieden nabij de Noordpool. Het gebied van vlekken op de poolkap kan zich uitstrekken over 500 tot 1, 000 kilometer met elektronensnelheden van meer dan 1, 000 meter per seconde. Dit zorgt voor een opkomend krachtig noorderlicht en zorgt voor turbulente omstandigheden.

Interfereert met navigatie- en communicatiesystemen

Kennis over zonnestormen is belangrijk, omdat communicatie met luchtsignalen via satellieten en radio steeds belangrijker wordt in de samenleving. Zonnestormen kunnen interfereren met GPS-satellieten en hun signalen, radiocommunicatie laten mislukken, en grote stroomstoringen veroorzaken.

Het risico van verstoringen in de ionosfeer is een van de redenen waarom er geen routinevluchten worden gemaakt boven het noordpoolgebied, hoewel dit het vliegverkeer tussen Europa en Amerika zou verkorten. De hoogfrequente signalen die door commerciële vluchten boven Groenland worden gebruikt, zullen tijdens zonnestormen worden gestoord. Het kunnen voorspellen en rekening houden met dit soort omstandigheden is daarom belangrijk voor het toekomstige commerciële vliegverkeer in de regio. Hetzelfde geldt voor het scheepvaartverkeer in het noordpoolgebied.

Professor Per Høeg hoopt dat het werk dat bij DTU Space is uitgevoerd, niet alleen zal zorgen voor meer kennis over het fenomeen, maar ook zal bijdragen aan de ontwikkeling van communicatie- en navigatiesystemen die rekening kunnen houden met de omstandigheden tijdens zonnestormen om veilige vluchten en zeilen in het poolgebied te garanderen. kap gebieden.

DTU Space neemt momenteel deel aan verschillende onderzoeksprojecten in het kader van ESA en het Horizon 2020-programma van de EU, die systemen ontwikkelen die de omstandigheden tijdens ruimteweer en zonnestormen voor lucht- en zeeverkeer aankunnen, onder andere.