Onderzoekers in Canada, de Verenigde Staten en Europa hebben een nieuwe manier ontwikkeld om het magnetische veld van de aarde op afstand te meten - door een laag natriumatomen die 100 kilometer boven de planeet zweeft te zappen met lasers op de grond.

De techniek, gedocumenteerd deze week in Natuurcommunicatie , vult een leemte tussen metingen aan het aardoppervlak en op veel grotere hoogte door satellieten in een baan om de aarde.

"Het magnetische veld op deze hoogte in de atmosfeer wordt sterk beïnvloed door fysieke processen zoals zonnestormen en elektrische stromen in de ionosfeer, ", zegt Paul Hickson, een astrofysicus aan de University of British Columbia (UBC) en auteur van de krant.

"Onze techniek meet niet alleen de magnetische veldsterkte op een hoogte die traditioneel verborgen was, het heeft als bijkomend voordeel dat het nieuwe informatie verschaft over ruimteweer en atomaire processen die in de regio plaatsvinden."

Natriumatomen worden voortdurend in de mesosfeer afgezet door meteoren die verdampen wanneer ze de atmosfeer van de aarde binnenkomen. Onderzoekers van de European Southern Observatory (ESO), de Universiteit van Mainz en UBC gebruikten een laser op de grond om de laag natriumatomen te prikkelen en het licht te volgen dat ze als reactie daarop uitstralen.

"De aangeslagen natriumatomen wiebelen als tollen in de aanwezigheid van een magnetisch veld, " legt Hickson uit. "We voelen dit als een periodieke fluctuatie in het licht dat we bewaken, en kan dat gebruiken om de magnetische veldsterkte te bepalen."

Hickson en UBC Ph.D. student Joschua Hellemeier ontwikkelde het fotonentelinstrument dat wordt gebruikt om het licht te meten dat terugkomt van de aangeslagen natriumatomen, en nam deel aan observaties uitgevoerd bij astronomische observatoria op La Palma.

Het ESO-team, onder leiding van Bonaccini Calia, pionierde met toonaangevende lasertechnologie voor astronomische adaptieve optica die in het experiment werd gebruikt. Projectleider Felipe Pedreros en Dmitry Budker (Johannes Gutenberg University), Simon Rochester en Ronald Holzloehner (ESO), experts in laser-atoom interacties, leidde de theoretische interpretatie en modellering voor het onderzoek.