Door Mara Johnson-Groh
NASA’s Goddard Space Flight Center
De ruimte is niet stil. Het gonst er van de geladen deeltjes die we – met het juiste gereedschap – kunnen horen. En dat is precies wat NASA-wetenschappers met de Van Allen Probes-missie doen. De door de missie opgenomen geluiden helpen wetenschappers de dynamische ruimteomgeving waarin we leven beter te begrijpen, zodat we satellieten en astronauten kunnen beschermen.
Zo klinkt de ruimte.
https://blogs.nasa.gov/sunspot/wp-content/uploads/sites/289/2018/12/whistler.mp3
Voor sommigen klinkt het als huilende wolven of tjilpende vogels of buitenaardse ruimtelasers. Maar deze golven worden niet door een dergelijk wezen gemaakt – in plaats daarvan worden ze gemaakt door elektrische en magnetische velden.
Als je aan boord van een ruimteschip zou springen en je hoofd uit het raam zou steken, zou je deze geluiden niet kunnen horen zoals je geluiden op aarde hoort. Dat komt omdat in tegenstelling tot geluid – dat ontstaat door drukgolven – deze ruimtemuziek ontstaat door elektromagnetische golven die plasmagolven worden genoemd.
Plasmagolven kantelen de plaatselijke ruimte-omgeving rond de aarde, waar ze magnetische velden heen en weer slingeren. De ritmische kakofonie die door deze golven wordt gegenereerd, valt misschien doof in onze oren, maar NASA’s Van Allen Sondes zijn speciaal ontworpen om ernaar te luisteren.
Het Waves-instrument, onderdeel van de Electric and Magnetic Field Instrument Suite and Integrated Science – EMFISIS – instrumentensuite op de Van Allen Sondes, is gevoelig voor zowel elektrische als magnetische golven. Het meet ze met een trio van elektrische sensoren en drie zoekspoelmagnetometers, die naar veranderingen in het magnetisch veld zoeken. Alle instrumenten zijn speciaal ontworpen om zeer gevoelig te zijn en toch zo weinig mogelijk stroom te gebruiken.
Zo komen sommige elektromagnetische golven voor binnen ons hoorbare frequentiebereik. Dit betekent dat de wetenschappers de fluctuerende elektromagnetische golven slechts hoeven te vertalen in geluidsgolven om ze te kunnen horen. In feite stelt EMFISIS wetenschappers in staat de ruimte af te luisteren.
Wanneer de Van Allen Sondes door een plasmagolf met fluctuerende magnetische en elektrische velden reizen, registreert EMFISIS nauwgezet de variaties. Wanneer de wetenschappers de gegevens samenvoegen, vinden ze iets dat er als volgt uitziet:
Whistler Golven Opgenomen door NASA’s Van Allen Sondes. Credit: University of Iowa
Deze video helpt de wetenschappers bij het visualiseren van de geluiden die uit de ruimte komen. De warmere kleuren tonen ons intensere plasmagolven als ze over het ruimteschip spoelen. Bij deze specifieke golven die door bliksem worden gegenereerd, reizen de hogere frequenties sneller door de ruimte dan die met lagere frequenties. Wij horen dit als fluittonen die in frequentie afnemen. Deze specifieke golven zijn een voorbeeld van fluitgolven. Ze ontstaan wanneer de elektromagnetische impulsen van een blikseminslag omhoog reizen in de buitenste atmosfeer van de aarde, de magnetische veldlijnen volgend.
Onder 0,5kHz (helemaal onderaan in de grafiek in de video) is het geluid gevuld met wat bekend staat als protonfluiters. Dit soort golven wordt gegenereerd als gevolg van blikseminslag-getriggerde fluiters die interageren met bewegingen van protonen, niet elektronen. Onlangs heeft NASA’s Juno-missie hoogfrequente fluittonen rond Jupiter geregistreerd – de eerste keer dat ze rond een andere planeet zijn gehoord.
Naast bliksemflitsen is er een hele menagerie van verschijnselen geregistreerd. In deze video horen we een gierend geluid dat wordt gemaakt door een ander type plasmagolf – chorus waves.
Chorus Waves Recorded by NASA’s Van Allen Probes. Credit: University of Iowa
De tonen van plasmagolven zijn afhankelijk van de manier waarop golven met elektronen interageren en hoe ze door de ruimte reizen. Sommige soorten golven, waaronder deze chorusgolven, kunnen elektronen in de ruimte nabij de aarde versnellen, waardoor ze energieker worden. Hier is nog een typisch voorbeeld van chorusgolven.
Chorusgolven opgenomen door NASA’s Van Allen-sondes. Credit: University of Iowa
NASA-wetenschappers nemen deze golven op, niet uit muzikale belangstelling, maar omdat ze ons helpen de dynamische ruimteomgeving waarin we leven beter te begrijpen. Deze plasmagolven slaan om hoog-energetische elektronen die rond de aarde razen. Sommige van deze vrijgekomen elektronen komen in een spiraal naar de aarde terecht, waar ze met onze bovenste atmosfeer in wisselwerking staan en aurora’s veroorzaken, terwijl andere een gevaar kunnen vormen voor ruimtevaartuigen of telecommunicatie, die door hun krachtige straling beschadigd kunnen raken.
