Wetenschappers bestuderen al bijna een eeuw de omgeving van de aarde, maar veel mysteries - zoals waar de energetische deeltjes die het gebied doordringen, ontstaan ​​​​en energie krijgen - blijven nog steeds bestaan. In een nieuw type collaboratief onderzoek, wetenschappers combineerden gegevens van 16 afzonderlijke ruimtevaartuigen van NASA en Los Alamos National Laboratory (LANL) om te begrijpen hoe een deeltjesfenomeen in de magnetische omgeving rond de aarde optreedt. Deze gebeurtenissen, substormen genoemd, kan aurora's veroorzaken, GPS-communicatie verstoren en, op hun meest intense, elektriciteitsnetten beschadigen.

Om een ​​globaal beeld te krijgen, de wetenschappers gebruikten gegevens van vier individuele NASA-missies - de Magnetospheric Multiscale-missie, Van Allen Probes-missie, Geostaart, en de tijdgeschiedenis van gebeurtenissen en macroschaalinteracties tijdens de missie Substorms - plus het LANL-GEO-ruimtevaartuig. Dit onderzoek laat zien hoe NASA-heliofysica-missies - heliofysica is de studie van de aard van geladen deeltjes en energie in de ruimte, en hoe ze door de zon worden beïnvloed, kunnen samenwerken.

De wetenschappers kozen een evenement tijdens een rustige periode in de ruimte nabij de aarde, waarvan ze aannamen dat het een eenvoudig geval zou opleveren dat gemakkelijk te modelleren zou zijn. Wat ze vonden, bewees het tegendeel.

"Zelfs voor dit kleine evenement, het is enorm complex, " zei Drew Turner, onderzoekswetenschapper bij The Aerospace Corporation in El Segundo, Californië. "Wat dit laat zien, is dat we nog geen goed globaal beeld hebben van wat er gebeurt tijdens kleine substormen, laat staan ​​tijdens de grote joekels."

Gegevens van elke afzonderlijke missie kunnen alleen een momentopname geven van hoe de omgeving eruitziet op een specifieke plaats en een specifiek tijdstip. Hoewel dit wetenschappers in staat stelt sommige ruimteplasmafenomenen in detail te begrijpen, het is moeilijk om een ​​alomvattend beeld te krijgen van waar de deeltjes vandaan kwamen en waar ze naartoe gaan. Echter, door datasets van ruimtevaartuigen te combineren op locaties verspreid over de aarde, Turner en zijn team waren in staat om grote vragen over de beweging van deeltjes te beantwoorden.

"Elk ruimtevaartuig speelt een unieke rol, Turner zei. "Terwijl we verder gaan en doorgaan met het vormgeven van de toekomst van de magnetosferische fysica, het globale beeld van substormen en andere belangrijke verschijnselen zal duidelijker worden naarmate meer ruimtevaartuigen worden ingezet met behulp van innovatieve orbitale configuraties en instrumentatie."

Naast het krijgen van een beeld van hoe ingewikkeld het systeem kan zijn, de resultaten hielpen de onderzoekers ook om meer te weten te komen over de structuur van substormen.

"We beschouwen substormen vaak als de 'bouwstenen' van de interactie tussen zonnewind en magnetosfeer - het fundamentele element, " zei David Sibeck, THEMIS-projectwetenschapper en Van Allen Probes-missiewetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Dat is een van de redenen waarom we ze bestuderen."

De onderzoekers, met behulp van op de grond gebaseerde magnetometers, vond een handtekening van wat bekend staat als een substormstroomwig - een van de belangrijkste kenmerken van een klassieke substorm. Dit resultaat, gecombineerd met de gegevens van het ruimtevaartuig, toonde aan dat er activiteit is rond de aarde gedurende meer dan een uur in de aanloop naar wigvorming, een proces waarover in het verleden veel gediscussieerd is. Hun resultaten zijn gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek .

Turner en zijn team bekijken al meer evenementen om te zien of wat ze in het eerste evenement hebben gevonden typerend is voor substormen. Nu een van de missies - de Magneotspheric Multiscale-missie - zich in een nieuwe baan bevindt die hem van de aarde haalt, het team verwacht het beginpunt van de gebeurtenissen te kunnen zien en hopelijk een volledig begin-tot-eindbeeld van een substom-evenement vast te leggen.

De vier NASA-missies die in deze studie zijn gebruikt, maken deel uit van NASA's Heliophysics-vloot van missies onder NASA's Solar Terrestrial Probes, Leven met een Star en Explorers-programma's, die tot doel hebben fundamentele vragen over plasmafysica en de dynamische aarde-zon-omgeving waarin we leven te begrijpen.