In mei 2024 gaf een krachtige zonne-storm de wetenschappers een ongekende kans om te begrijpen hoe de beschermende plasma-laag van de aarde instort onder extreme ruimte weersomstandigheden. Dankzij de ideale positie van de Japanse satelliet “Aaras”, konden onderzoekers de krimp van de plasma-laag observeren tot een fractie van de gebruikelijke omvang, en het herstelproces nam meerdere dagen in beslag.
Dit evenement onthulde een zeldzaam “negatief storm”-fenomeen in de ionosfeer, wat de atmosfeer aanzienlijk vertraagde in haar herstelcapaciteiten. De ionosfeer, die zich bevindt op een hoogte van ongeveer 60 tot 1000 kilometer, wordt geïoniseerd door de zonnestralen, wat invloed heeft op de verspreiding van radiogolven en leidt tot het verschijnen van noorderlichten.
De gegevens verkregen door de Aaras-satelliet, leidend een onderzoeksproject onder leiding van Dr. Atsuki Shinburi van het Nagoya University Space-Earth Environment Research Institute, gaven waardevolle inzichten in hoe intense zonneactiviteit satellieten en GPS-signalen verstoort, evenals communicatie-systemen. De observaties hebben ook de eerste gedetailleerde kijk onthuld op hoe deze gebeurtenis de plasma-laag van de aarde beïnvloedt, wat de aarde beschermt tegen geladen deeltjes in de ruimte.
Wat is een Zonne-storm?
Een zonne-storm is een verstoring op het oppervlak van de zon die enorme hoeveelheden energie en geladen deeltjes in de ruimte uitstoot. Deze stormen ontstaan door veranderingen in het magnetische veld van de zon en bestaan uit zonneflitsen en coronale massa-ejecties. Wanneer deze materialen de aarde bereiken, kunnen zij fenomenen zoals noorderlichten veroorzaken en invloed hebben op communicatie- en energiesystemen.
Volgens een officiële verklaring van de Nagoya Universiteit was de krachtige geomagnetische zonne-storm die de aarde trof van 10 tot 11 mei 2024, bekend als “Ganon”, het sterkste evenement van dit type in meer dan twee decennia. Het vertegenwoordigt een van de meest extreme vormen van ruimteweer, die gewoonlijk elke 20-25 jaar voorkomt.
Dr. Shinburi verklaarde dat gedurende de geomagnetische storm de plasma-laag van de aarde krimpt van 44.000 kilometer naar 9.600 kilometer binnen een periode van 9 uur. Het herstel van de plasma-laag nam uiteindelijk meer dan 4 dagen in beslag, wat aanzienlijk langer was dan bij 77 gebruikelijke geomagnetische stormen tussen 2017 en 2024.
Monitoring van Veranderingen in de Plasma-laag
In 2016 lanceerde de Japanse ruimtevaartorganisatie JAXA de Aaras-satelliet om de plasma-laag van de aarde te doorkruisen en plasma-golven en magnetische velden te meten. Tijdens deze krachtige storm bevond de satelliet zich in een ideale positie om de intense krimp van de plasma-laag en het daaropvolgende langdurige herstel vast te leggen. Dit was de eerste keer dat wetenschappers continue en directe gegevens kregen die de krimp van de plasma-laag tijdens een zware storm aangaven.
Dr. Shinburi merkte op: “We hebben de veranderingen in de plasma-laag gevolgd met behulp van de Aaras-satelliet en gebruikten grondontvangers om de ionosfeer te monitoren, de bron van de geladen deeltjes die de plasma-laag van de aarde aanvullen. Onze observaties toonden aan hoe sterk de plasma-laag was gekrompen en waarom het herstel zo lang duurde.”
Negatieve Stormen en Hun Effect op de Aarde
Ongeveer een uur na de komst van de krachtige zonne-storm, stroomden de geladen deeltjes door de bovenste atmosfeer van de aarde bij hogere breedten en stroomden naar de polaire gebieden. Zodra de storm verzwakte, begon de plasma-laag zich opnieuw te vullen met de deeltjes vanuit de ionosfeer. Normaal gesproken duurt dit herstelproces een dag of twee, maar nu duurde het vier dagen vanwege een fenomeen dat een ‘negatieve storm’ wordt genoemd.
Bij deze negatieve storm daalden de deeltjesniveaus in de ionosfeer drastisch over grote gebieden, doordat de intense verwarming de chemische samenstelling van de atmosfeer veranderde. Dit leidde tot een afname van zuurstofionen die helpen bij de vorming van waterstofmoleculen die nodig zijn voor het herstel van de plasma-laag. Negatieve stormen zijn onzichtbaar en kunnen alleen met satellieten worden gedetecteerd.
Dr. Shinburi verklaarde: “Negatieve stormen kenmerken zich door een langdurige uitputting van de elektronen dichtheid in de ionosfeer door een chemische interactie tussen geladen deeltjes en neutrale deeltjes op hoogtes van de ionosfeer. Dit leidde tot een tragere aanvulling van de plasma-laag.”
De Impact van Ruimteweer
Deze bevindingen bieden een duidelijker begrip van hoe de plasma-laag verandert tijdens zware zonne-stormen en hoe energie door dit gebied van de ruimte stroomt. Veel satellieten ondervonden elektrische storingen of stopten met het uitzenden van gegevens tijdens deze storm, en de nauwkeurigheid van GPS-signalen nam af, terwijl draadloze communicaties werden onderbroken.
Volgens de studie is het essentieel om te weten hoe lang de plasma-laag van de aarde nodig heeft om te herstellen van deze verstoringen, om toekomstige ruimteweer te voorspellen en de technologie te beschermen die afhankelijk is van stabiele omstandigheden in de nabije ruimte.
Dr. Shinburi voegde toe: “Gezien de scherpe veranderingen in de ionosfeer tijdens de krachtige geomagnetische storm, neemt de foutmarge bij satellietlocaties aanzienlijk toe. Daarom is het belangrijk om dergelijke fenomenen te voorspellen tijdens severe geomagnetische stormen.” Daarnaast is de frequentie van deze krachtige geomagnetische stormen uiterst laag (ongeveer 4%) in vergelijking met andere stormgebeurtenissen. In de toekomst moeten we blijven werken aan een geïntegreerde analyse van gegevens van zowel aardse als ruimte-instrumenten tijdens krachtige geomagnetische stormen om het fysische proces van velden en plasma-omgevingen in de ionosfeer beter te begrijpen.
