Universiteiten in de VS maken al lang ruzie over wie de grootste trommel ter wereld bezit. Onbewezen claims op de titel hebben de "Purdue Big Bass Drum" en "Big Bertha" opgenomen, die interessant genoeg is vernoemd naar het Duitse kanon uit de Eerste Wereldoorlog en uiteindelijk radioactief werd tijdens het Manhattan-project.

Helaas voor de Amerikanen echter, het Guinness Book of World Records zegt dat een traditionele Koreaanse "CheonGo"-drum de ware titel heeft. Dit is meer dan 5,5 meter in diameter, ongeveer zes meter hoog en weegt meer dan zeven ton. Maar mijn laatste wetenschappelijke resultaten, net gepubliceerd in Natuurcommunicatie , hebben alle kanshebbers weggeblazen. Dat komt omdat 's werelds grootste trommel eigenlijk tientallen keren groter is dan onze planeet - en hij bestaat in de ruimte.

Je zou kunnen denken dat dit onzin is. Maar het magnetische veld (magnetosfeer) dat de aarde omringt, ons beschermen door de zonnewind om de planeet heen te leiden, is een gigantisch en gecompliceerd muziekinstrument. We weten al zo'n 50 jaar dat zwakke magnetische soorten geluidsgolven rond kunnen stuiteren en resoneren in deze omgeving, het vormen van goed gedefinieerde noten op precies dezelfde manier als blaas- en snaarinstrumenten. Maar deze tonen vormen zich op frequenties die tienduizenden keren lager zijn dan we met onze oren kunnen horen. En dit trommelachtige instrument in onze magnetosfeer is ons lang ontgaan - tot nu toe.

Massief magnetisch membraan

Het belangrijkste kenmerk van een trommel is het oppervlak - technisch aangeduid als een membraan (drums zijn ook bekend als membranofonen). Als je dit oppervlak raakt, rimpelingen kunnen zich eroverheen verspreiden en teruggekaatst worden aan de vaste randen. De oorspronkelijke en gereflecteerde golven kunnen interfereren door elkaar te versterken of op te heffen. Dit leidt tot "staande golfpatronen", waarin bepaalde punten stil lijken te staan ​​terwijl andere heen en weer trillen. De specifieke patronen en de bijbehorende frequenties worden volledig bepaald door de vorm van het oppervlak van de trommel. In feite, de vraag "Kan men de vorm van een trommel horen?" heeft wiskundigen van de jaren zestig tot vandaag geïntrigeerd.

De buitenste grens van de magnetosfeer van de aarde, bekend als de magnetopauze, gedraagt ​​zich heel erg als een elastisch membraan. Het groeit of krimpt afhankelijk van de variërende sterkte van de zonnewind, en deze veranderingen veroorzaken vaak rimpelingen of oppervlaktegolven die zich over de grens verspreiden. Terwijl wetenschappers zich vaak hebben gericht op hoe deze golven langs de zijkanten van de magnetosfeer reizen, ze moeten ook naar de magnetische polen reizen.

Natuurkundigen nemen vaak ingewikkelde problemen en vereenvoudigen ze aanzienlijk om inzicht te krijgen. Deze benadering hielp theoretici 45 jaar geleden voor het eerst aan te tonen dat deze oppervlaktegolven inderdaad teruggekaatst kunnen worden, waardoor de magnetosfeer net als een trommel gaat trillen. Maar het was niet duidelijk of het verwijderen van enkele van de vereenvoudigingen in de theorie zou kunnen voorkomen dat de trommel mogelijk is.

Het bleek ook erg moeilijk om overtuigend observationeel bewijs voor deze theorie te vinden uit satellietgegevens. In de ruimtefysica, in tegenstelling tot bijvoorbeeld astronomie, we hebben meestal te maken met het volledig onzichtbare. We kunnen niet zomaar een foto maken van wat er overal gebeurt, we moeten satellieten uitsturen en meten. Maar dat betekent dat we alleen weten wat er gebeurt op de locaties waar satellieten zijn. Het raadsel is vaak of de satellieten op het juiste moment op de juiste plaats zijn om te vinden wat u zoekt.

De afgelopen jaren is mijn collega's en ik hebben de theorie van deze magnetische trommel verder ontwikkeld om ons testbare handtekeningen te geven om naar te zoeken in onze gegevens. We waren in staat om enkele strikte criteria te bedenken waarvan we dachten dat ze bewijs zouden kunnen leveren voor deze oscillaties. Het betekende in feite dat we in de buurt van de magnetopauze minstens vier satellieten op een rij nodig hadden.

Dankbaar, NASA's THEMIS-missie gaf ons niet vier maar vijf satellieten om mee te spelen. Het enige wat we moesten doen was het juiste rijdende evenement vinden, gelijk aan de drumstick die de drum raakt, en meet hoe het oppervlak als reactie bewoog en welke geluiden het creëerde. De gebeurtenis in kwestie was een straal van hogesnelheidsdeeltjes die impulsief in de magnetopauze sloeg. Toen we dat eenmaal hadden, alles viel bijna perfect op zijn plaats. We hebben zelfs nagemaakt hoe de drum eigenlijk klinkt (zie de video hierboven).

Dit onderzoek laat echt zien hoe lastig wetenschap in de praktijk kan zijn. Iets dat relatief eenvoudig klinkt, heeft ons 45 jaar gekost om te demonstreren. En deze reis is nog lang niet voorbij, er is nog veel meer werk te doen om erachter te komen hoe vaak deze trommelachtige trillingen voorkomen (zowel hier op aarde als mogelijk op andere planeten, ook) en wat hun gevolgen zijn voor onze ruimteomgeving.

Dit zal ons uiteindelijk helpen te ontrafelen wat voor soort ritme de magnetosfeer in de loop van de tijd produceert. Als voormalig DJ Ik kan niet wachten - ik hou van een goede beat.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.