Het interplanetair magnetisch veld (IMF)

Het interplanetair magnetisch veld (IMF) speelt een belangrijke rol in hoe de zonnewind en het magnetisch veld van de Aarde op elkaar reageren. In dit artikel leren we wat het interplanetair magnetisch veld is en hoe het de geomagnetische activiteit op Aarde beïnvloed.

Het magneetveld van de Zon

Tijdens het zonneminimum lijkt het magnetische veld van de Zon, zoals de Aarde ook een magnetisch veld heeft, op dat van een ijzeren balkvormige magneet, met grote gesloten lijnen dichtbij de evenaar en open veldlijnen dichtbij de polen. De wetenschappers noemen een dergelijk gebied een “dipool”. Het tweepolige gebied van de Zon is ongeveer zo sterk zoals een magneet op een ijskast (50 gauss). Het magnetische veld van de Aarde is 100 keer zwakker.

Rond het zonnemaximum, wanneer de Zon op haar actiefst is, sieren zonnevlekken het gezicht van de Zon. Deze zonnevlekken zijn doordringt van magnetisme en uit deze zonnevlekken lopen gigantische magnetische veldlijnen waarlangs materiaal van de Zon ook langs loopt. Deze veldlijnen zijn vaak honderden malen sterker dan het omringende dipoolgebied. Hierdoor raakt het magnetisch veld rond de Zon verward met veldlijnen.

Het magnetische veld van de Zon is niet beperkt tot onze ster zelf. De zonnewind draagt deze door het zonnestelsel en strekt zich tot aan de heliopauze waar de zonnewind ophoud en er botst met de interstellaire ruimte. Daarom noemen we dit magnetisch veld van de Zon het interplanetair magnetisch veld of kortweg IMF. Omdat de Zon om haar as draait (eens om de 25 dagen) heeft het interplanetair magnetisch veld een spiraalvorm welke de “Parker Spiraal” heet.

B_t waarde

Met de Bt waarde wordt de totale sterkte van het interplanetair magnetisch veld bedoelt. Deze waarde is een combinatie van de magnetische veld sterkte in de noord-zuid, oost-west en naar-de-Zon tegen weg-van-de-Zon richtingen. Hoe hoger de totale sterkte van het interplanetair magnetisch veld is hoe hoger de kans op poollicht in Nederland en België. Het is echter vitaal dat de richting van het interplanetair magnetisch veld (Bz) zuidwaarts keert! We hebben het over een matige sterkte bij waardes boven de 10nT, een sterk interplanetair magnetisch veld bij waardes boven de 20nT en een zeer sterk interplanetair magnetisch veld bij waardes boven de 30nT. De waardes zijn in nano-Tesla (nT) — afkomstig van Nikola Tesla, de beroemde natuurkundige, ingenieur en uitvinder.

B_x, B_y en B_z

Het interplanetair magnetisch veld is een vectorquantiteit met drie richtingen component, twee van welke (Bx en By) georiënteerd zijn parallel aan de ecliptica. De Bx en de By richtingen zijn niet belangrijk voor poollicht en zal je niet kunnen terug vinden op onze website. Het derde component, de Bz waarde, staat loodrecht op de ecliptica en wordt veroorzaakt door golven en andere verstoringen in de zonnewind.

Interactie met het magneetveld van de Aarde

De noord-zuid richting van het interplanetair magnetisch veld is een van de meest belangrijke ingrediënten voor poollicht activiteit. Wanneer de noord-zuid richting (Bz) van het interplanetair magnetisch veld zuidelijk gericht is, zal er een connectie plaatsvinden met het magneetveld van de Aarde die noordelijk gericht is. Denk maar eens aan staafmagneet zoals je misschien thuis hebt liggen. De twee tegenovergestelde polen trekken elkaar aan! Wanneer de Bz dus zuidelijk is, is het voor de zonnewinddeeltjes een stuk makkelijker om ons magneetveld binnen te dringen. Vandaar worden deze zonnewinddeeltjes richting de atmosfeer van onze planeet geloodst door de magnetische veldlijnen van de Aarde. Hier botsen de zonnewinddeeltjes op de zuurstof en stikstof atomen waar onze atmosfeer uit bestaat, waardoor deze beginnen licht beginnen te geven.

De noord-zuid richting van het interplanetair magnetisch veld is dus cruciaal als we poollicht willen zien. Waardes van -10nT en lager is een goede indicatie dat er een geomagnetische storm kan ontstaan maar voor poollicht in Nederland en België hebben we nog lagere waardes nodig. -20nT is een goede uitgangswaarde. De Bz waarde kan niet hoger of lager gaan dan de totale sterkte (Bt) van het interplanetair magnetisch veld. Alleen tijdens zeer hoge zonnewindsnelheden kunnen we een geomagnetische storm verwachten als de richting (Bz) van het interplanetair veld noordelijk is.

Afbeelding: Een schematische afbeelding die de interactie laat zien tussen het interplanetair magnetisch veld en het magneetveld van de Aarde.

Het is zeer belangrijk om te weten dat we de Bz(t) oftewel de sterkte, de duurtijd en de noord-zuid richting van het interplanetair magnetisch veld nog niet kunnen voorspellen. We weten dus niet met zekerheid wat de eigenschappen van de zonnewind en het magnetisch veld zal zijn totdat deze arriveren bij het Zon-Aarde Lagrange Punt L1. Dit is een vaste plek in de ruimte tussen de Aarde en de Zon ongeveer 1.5 miljoen kilometer van de Aarde af waar we satellieten hebben die de eigenschappen van de zonnewind kunnen meten. Hier gaan we meer over leren in de volgende paragraaf.

Het meten van het interplanetair magnetisch veld

De interplanetair magnetisch veld gegevens zoals je kan vinden op deze website komen van de Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) satelliet. De DSCOVR satelliet meet de zonnewind snelheid, dichtheid, temperatuur en ook de karakteristieken van het interplanetair magnetisch veld. DSCOVR bevind zich bij Lagrange Punt L1 welke zich op ongeveer 1/100ste van de afstand Zon-Aarde bevindt. De zwaartekracht van de Zon en de Aarde hebben hier een evengrote aantrekkingskracht op objecten die zich hier bevinden waardoor satellieten een stabiele baan kunnen behouden. Omdat de DSCOVR satelliet zich precies tussen de Aarde en de Zon in bevind, meet DSCOVR altijd de zonnewind en interplanetair magnetisch veld data die onderweg zijn naar de Aarde. De zonnewind die DSCOVR meet doen er ongeveer 1 uur over om de afstand tussen het L1 punt en de Aarde te overbruggen tijdens rustige condities. Als de snelheid van de zonnewind hoog ligt dan kan het aanzienlijk minder tijd duren om deze afstand af te leggen. Op de website kan je altijd zien hoe lang de zonnewind erover doet om de afstand tussen het L1 punt en de Aarde te overbruggen.

De DSCOVR missie is nu de primaire bron voor real-time zonnewind en interplanetair magnetisch veld data maar er is nog een satelliet bij het L1 punt die ook de zonnewind meet en dat is de Advanced Composition Explorer, ook wel bekend als ACE. ACE was vroeger de primaire bron voor real-time data tot Juli in het jaar 2016. ACE verzameld nog steeds data maar is nu grotendeels een backup voor DSCOVR.

Afbeelding: De locatie van een satelliet bij Lagrange Punt L1.

<< Keer terug naar vorige pagina