Elke seconde, 1,5 miljoen ton zonnemateriaal schiet van de zon de ruimte in, reizen met honderden mijlen per seconde. Bekend als de zonnewind, deze onophoudelijke stroom plasma, of geëlektrificeerd gas, heeft de aarde al meer dan 4 miljard jaar bekogeld. Dankzij het magnetische veld van onze planeet, het wordt meestal weggebogen. Maar ga ver genoeg naar het noorden, en je zult de uitzondering vinden.

"Het grootste deel van de aarde is afgeschermd van de zonnewind, " zei Mark Conde, ruimtefysicus als de Universiteit van Alaska, Fairbanks. "Maar vlak bij de polen, in de middagsector, ons magnetische veld wordt een trechter waar de zonnewind helemaal naar de atmosfeer kan komen."

Deze trechters, bekend als de polaire knobbels, kan wat problemen veroorzaken. De toestroom van zonnewind verstoort de atmosfeer, het verstoren van satellieten en radio- en GPS-signalen. Vanaf 25 november 2019, drie nieuwe door NASA ondersteunde missies zullen worden gelanceerd in de noordelijke poolcusp, gericht op het verbeteren van de technologie die hierdoor wordt beïnvloed.

Shaky Satellieten

De drie missies maken allemaal deel uit van het Grand Challenge Initiative - Cusp, een reeks van negen klinkende raketmissies die de polaire cusp verkennen. Sondeerraketten zijn een soort ruimtevoertuig dat vluchten van 15 minuten de ruimte in maakt voordat ze terugvallen naar de aarde. Staande tot 65 voet lang en vliegen overal van 20 tot 800 mijl hoog, klinkende raketten kunnen met slechts een paar minuten van tevoren op bewegende doelen worden gericht en afgevuurd. Deze flexibiliteit en precisie maken ze ideaal voor het vastleggen van de vreemde verschijnselen in de cusp.

Twee van de drie komende missies zullen dezelfde anomalie bestuderen:een stukje atmosfeer in de cusp die aanzienlijk dichter is dan zijn omgeving. Het werd ontdekt in 2004, toen wetenschappers merkten dat een deel van de atmosfeer in de cusp ongeveer 1,5 keer zwaarder was dan verwacht.

"Een beetje extra massa 200 mijl omhoog lijkt misschien geen probleem, " zei Conde, de hoofdonderzoeker van het Cusp Region Experiment-2, of CREX-2, missie. "Maar de drukverandering die gepaard gaat met deze verhoogde massadichtheid, als het zich op grondniveau heeft voorgedaan, zou een continue orkaan veroorzaken die sterker is dan alles wat gezien wordt in meteorologische gegevens."

Deze extra massa veroorzaakt problemen voor ruimtevaartuigen die er doorheen vliegen, zoals de vele satellieten die een polaire baan volgen. Het passeren van de dichte strook kan hun banen opschudden, het maken van nauwe ontmoetingen met andere ruimtevaartuigen of orbitaal puin riskanter dan ze anders zouden zijn.

"Een kleine verandering van een paar honderd meter kan het verschil maken tussen het moeten doen van een uitwijkmanoeuvre, of niet, ' zei Conde.

Zowel CREX-2 als Cusp Verwarmingsonderzoek, of CHI-missie, onder leiding van Miguel Larsen van de Clemson University in South Carolina, zal dit zware stuk atmosfeer bestuderen om de effecten ervan op passerende satellieten beter te voorspellen. "Elke missie heeft zijn eigen sterke punten, maar idealiter, ze worden samen gelanceerd, ' zei Larsen.

Beschadigde communicatie

Niet alleen ruimtevaartuigen gedragen zich onvoorspelbaar in de buurt van de cusp, maar ook de GPS- en communicatiesignalen die ze uitzenden. De boosdoener, vaak, is atmosferische turbulentie.

"Turbulentie is een van de echt moeilijk resterende vragen in de klassieke natuurkunde, " zei Joran Moen, ruimtefysicus aan de Universiteit van Oslo. "We weten niet echt wat het is, omdat we nog geen directe metingen hebben."

Moen, die de onderzoeksmissie naar Cusp Irregularities-5 of ICI-5 leidt, vergelijkt turbulentie met de kolkende wervelingen die ontstaan ​​wanneer rivieren rond rotsen stromen. Wanneer de atmosfeer turbulent wordt, GPS- en communicatiesignalen die erdoorheen gaan, kunnen onleesbaar worden, onbetrouwbare signalen sturen naar de vliegtuigen en schepen die ervan afhankelijk zijn.

Moen hoopt de eerste metingen te kunnen doen om echte turbulentie te onderscheiden van elektrische golven die ook communicatiesignalen kunnen verstoren. Hoewel beide processen vergelijkbare effecten hebben op GPS, uitzoeken welk fenomeen deze verstoringen veroorzaakt, is van cruciaal belang om ze te voorspellen.

"De motivatie is om de integriteit van de GPS-signalen te vergroten, "Zei Moen. "Maar we moeten de chauffeur kennen om te voorspellen wanneer en waar deze storingen zullen optreden."

Wachten op het weer

Het extreme noorden biedt een ongerepte locatie voor het onderzoeken van natuurkunde die veel moeilijker is om elders te studeren. Het kleine arctische stadje op Svalbard, de Noorse archipel van waaruit de ICI-5- en CHI-raketten zullen worden gelanceerd, heeft een kleine bevolking en strikte beperkingen op het gebruik van radio of wifi, het creëren van een ideale laboratoriumomgeving voor wetenschap.

"Turbulentie komt op veel plaatsen voor, maar het is beter om naar dit laboratorium te gaan dat niet besmet is door andere processen, ' zei Moen. 'Het 'cusp-laboratorium' - dat is Spitsbergen.'

Ideaal, de CHI-raket zou lanceren vanaf Svalbard op bijna hetzelfde moment dat CREX-2 wordt gelanceerd vanuit Andenes, Noorwegen. De ICI-5 raket, op een tweede draagraket in Svalbard, kort daarna zou vliegen. Maar de timing kan lastig zijn:Andenes ligt 650 mijl ten zuiden van Svalbard, en kan verschillende weersomstandigheden ervaren. "Het is geen vereiste, maar samen lanceren zou zeker de wetenschappelijke opbrengst van de missies vermenigvuldigen, ' zei Conde.

Het weer in de gaten houden, wachtend op het juiste moment om te lanceren, is een belangrijk onderdeel van het lanceren van raketten - zelfs onderdeel van de loting.

"Het is echt een allesverslindend ding, "Zei Conde. "Het enige wat je doet als je daar bent, is kijken naar de omstandigheden en praten over de raket en beslissen wat je zou doen."