Bewegen op het ritme van de zon

Ze ontdekten dat het magnetisch veld, de atmosfeer en de systemen van de aarde allemaal meedoen aan de kosmische samenzang.

David Thomson en Louis Lanzerotti behoren tot het team van het experiment HISCALE aan boord van Ulysses. Samen met hun collega's Frank Vernon, Marc Lessard en Lindsay Smith toonden ze aan dat de aarde letterlijk beweegt op het ritme van de zon. Het blijkt dat onderscheiden geïsoleerde tonen, die naar verluidt door de druk en gravitatiegolven in de zon worden opgewekt, terug te vinden zijn in verschillende systemen op de aarde.

Niet te horen door de mens

Thomson en zijn collega's maakten gebruik van bijzonder gesofisticeerde statistische technieken en vonden dezelfde onderscheiden tonen die door de zon worden uitgezonden ook terug in seismische gegevens hier op aarde. Ze ontdekten ook dat het magnetisch veld en de atmosfeer van onze planeet en zelfs elektrische spanning op onderzeese kabels aan de kosmische samenzang meedoen.

Hoewel deze tonen ons omgeven, kunnen we ze niet horen, zelfs als we heel geconcentreerd zouden luisteren. De toonhoogte is immers te laag om door het menselijk oor gehoord te kunnen worden, in de orde van 100-5000 microhertz (1 microhertz komt overeen met één trilling om de 278 uur).

Dat is meer dan 12 octaven onder de laagste noot, die door mensen kan gehoord worden. Ter vergelijking: de noot waarmee orkesten hun instrumenten stemmen komt overeen met 440 hertz.

Belangrijke aanwijzingen

Volgens Thomson leverden de gegevens van Ulysses belangrijke aanwijzingen over hoe deze geluiden van diep in de zon tot de aarde komen. Dezelfde technieken, toegepast op gegevens van aardse verschijnselen, werden voor het eerst gebruikt bij meetgegevens van energetische deeltjesfluxen en interplanetaire magnetische velden, die Ulysses heeft waargenomen.

Die bleken niet willekeurig te zijn maar fluctuaties te vertonen met verschillende discrete frequenties, die overeenkwamen met die van de verschijnselen op aarde. Ze komen ook overeen met geluiden die volgens theoretici ontstaan door druk en gravitatiegolven in de zon.

Onverwacht

Een aantal van die zogenaamde oscillaties van de zon waren al optisch waargenomen met instrumenten aan boord van het ruimtezonneobservatorium SOHO en met telescopen op de aarde. Ze ontstaan door drukgolven in de zon en worden met als p-modi aangeduid. De diepere geluiden die verband houden met de gravitatiegolven van de zon, de zogenaamde g-modi, zijn moeilijker te vinden.

Net zoals seismologen op de aarde geluidsgolven gebruiken om te onderzoeken hoe de aarde er binnenin uitziet, zouden de zonneonderzoekers de g-modi willen aanwenden om het binnenste van de zon te bekijken, als ze tenminste gevonden kunnen worden… De g-modi konden niet optisch worden waargenomen. Dat Thomson en zijn collega's ze in interplanetaire gegevens terugvonden was zowel onverwacht en aanvankelijk moeilijk te verklaren.

Ze onderzochten een hele reeks gegevens in verband met natuurverschijnselen en technologische systemen, gaande van seismologie tot telecommunicatie en vonden nieuwe bewijzen voor discrete tonen met de kenmerken van zonneoscillaties in wat aanvankelijk als 'achtergrondgeluid' werd aanzien. Dit maakte de waarnemingen van Ulysses nog vreemder.

Magnetisme

Volgens Thomson ligt de oplossing van het probleem bij magnetisme. Hij veronderstelt dat de trillingen in g-modus worden opgevangen door het magnetisch veld aan het oppervlak van de zon. Een deel van dat magnetisch veld wordt dan door de zonnewind van de zon weg in de interplanetaire ruimte gevoerd, waar het door ruimtesondes als Ulysses wordt waargenomen.

Het magnetisch veld van de zonnewind heeft op zijn beurt interactie met het magnetisch veld van de aarde, dat vervolgens meetrilt, met behoud van de karakteristieke signalen in g-modus.

De bewegingen van het geomagnetisch veld gaan dan over in de vaste aarde om kleine maar gemakkelijk waarneembare reacties te produceren. En zo danst de aarde met veel van zijn technologische systemen op het ritme van de zon.

Achtergrond

Ulysses is een gezamenlijk project van ESA en NASA.

ESA staat in voor de operaties en leverde ook de door Dornier Systems (nu Astrium) in Duitsland gebouwde sonde. NASA stond in voor de lancering in 1990 (!) met de spaceshuttle Discovery en voor de radioisotope thermoelectric generator, die zorgt voor de energievoorziening van de sonde en de instrumenten aan boord.

De ESA-centra ESTEC en ESOC volgen de missie nu, samen met het Jet Propulsion Laboratory (JPL) van de NASA. Ulysses wordt gevolgd door het Deep Space Network van de NASA. Een gezamenlijk team van ESA en NASA overziet in het JPL de operaties van de sonde en het beheer van de gegevens. De negen wetenschappelijke instrumenten aan boord werden geleverd door universiteiten en onderzoeksinstellingen in Europa en de Verenigde Staten.

Meer informatie

Richard Marsden
ESA Ulysses Project Scientist
richard.marsden@esa.int