Tijdens de avondschemer op 30 maart 2017 ontstonden killer-elektronen duizenden kilometers boven de aarde, waarna ze razendsnel oostwaarts bewogen. Deze elektronen, die vaker voorkomen, hebben zoveel energie dat ze schade aanrichten als ze zich in elektronica van satellieten boren. Met satellietmetingen proberen onderzoekers de aanwezigheid van deze gevaarlijke deeltjes te voorspellen.

Vanuit de ruimte wordt de aarde bestookt met geladen deeltjes, die vooral afkomstig zijn van de zon. Gelukkig zorgt het magnetische veld van de aarde ervoor de de meeste van die deeltje het aardoppervlak niet bereiken. Als ze op de aarde af suizen, buigt het aardmagneetveld ze namelijk af. Zo raken ze door de magneetveldlijnen gevangen in de zogeheten vanallengordels. Dat zijn twee grote, donutvormige banden met geladen deeltjes die zich enkele duizenden kilometers boven het aardoppervlak bevinden.

Satellieten en ruimtepuin vervuilen de ruimte en verpesten ons zicht op de nachtelijke hemel
LEES OOK
Satellieten en ruimtepuin vervuilen de ruimte en verpesten ons zicht op de nachtelijke hemel

Razendsnelle killer-elektronen

Het is al langer bekend dat die elektronen in de vanallengordels versneld kunnen worden door golven in de gordel. ‘Die golven ontstaan door de magnetische invloeden van de zonnewind‘, mailt hoogleraar Yoshizumi Miyoshi van de Nagoya-universiteit in Japan. Surfend op die zogeheten plasmagolven halen elektronen bijna de lichtsnelheid.

Als die razendsnelle killer-elektronen uit de bocht vliegen en uit de gordel ontsnappen, kunnen ze zich in satellieten boren. Een enkel killer-elektron heeft duizenden malen meer energie dan je ontvangt tijdens een röntgenfoto bij de tandarts. Als zo’n deeltje in elektronica terechtkomt, kan het een kleine, maar verwoestende bliksemflits veroorzaken.

Ook zorgen dit soort energierijke deeltjes er waarschijnlijk voor dat astronauten in het internationale ruimtestation ISS soms flitsen zien. ‘Maar deze snelle elektronen hebben waarschijnlijk geen ernstige gevolgen voor astronauten’, vertelt Miyoshi.

Die energierijke deeltjes hebben volgens NASA al meerdere storingen in ruimtevaartuigen veroorzaakt. Ook als ‘gewone aardbewoner’ kan dit gevolgen hebben. Als er bijvoorbeeld gps-satellieten getroffen worden, dan heeft de grote invloed op onze navigatiesystemen.

Oostwaarts suizende elektronen

Tot nu was niet bekend wanneer en waar in de vanallengordels deze killer-elektronen precies ontstaan. Daarom sloegen Japanse, Amerikaanse en Russische wetenschappers de handen ineen. Met de Arase-satelliet van de Japanese Aerospace Exploration Agency (JAXA) en een van NASA’s Van Allen Probes bestudeerden ze op 30 maart 2017 de killer-elektronen en de plasmagolven.

Tijdens de meting zag de Van Allen Probe aan de ene kant van de aarde de plasmagolven en energierijke elektronen. Tegelijkertijd mat de Arase-satelliet aan de andere kant van de aarde ook extreem energierijke killer-elektronen, maar geen plasmagolven.

Volgens de onderzoekers bewegen elektronen van de zon eerst oostelijk door de vanallengordel tot ze in het gebied komen waar het op dat moment de avondschemer begonnen is. In dat gebied bevinden zich plasmagolven die ook oostwaarts bewegen. Daar worden de elektronen versneld. Vervolgens bewegen de nu extreem energierijke killer-elektronen alleen verder oostwaarts, naar het gebied op aarde waar het ochtend begint te worden.

Beter beschermen

‘We begrijpen nog niet helemaal waarom die plasmagolven niet aan alle kanten van de aarde voorkomen’, zegt Miyoshi. ‘Dat zijn we nu verder aan het onderzoeken.’

‘Het begrijpen van de dynamiek van deze elektronen in de vanallengordel is een belangrijk onderwerp in de ruimteweerwetenschap’, zegt Miyoshi. ‘De resultaten van deze studie zullen de modellering verbeteren en leiden tot een meer accurate voorspelling van killer-elektronen.’ Met die kennis kunnen we satellieten en de astronauten beter beschermen tegen de gevolgen van de energierijke deeltjes.

Meerpuntssatellietwaarnemingen door JAXA’s Arase-satelliet en een van NASA’s Van Allen Probes. Er werden killer-elektronen gedetecteerd die van de positie onder de Van Allen Probe (links) naar de positie van Arase (rechts) bewogen. Bron: ERG Science Team