Het magnetisch veld van de aarde blijkt een meesterlijke vanger te zijn. Het lokt elektrisch geladen deeltjes uit de ruimte in een onzichtbare, donutvormige omheining rond onze planeet, de ringstroom genaamd. Deze gevangen zwerm geladen deeltjes speelt een belangrijke rol in hoe de aarde reageert op veranderende omstandigheden in de ruimte – ruimteweer – wat invloed kan hebben op technologie waar we op vertrouwen, zoals satellieten en elektriciteitsnetten. Toch weten we, ondanks tientallen jaren onderzoek, nog steeds veel niet over deze hemelse gevangenis.

NASA bereidt een missie voor die een uniek, van binnenuit perspectief op de ringstroom moet bieden. STORIE – Storm Time O+ Ring current Imaging Evolution – staat gepland voor lancering in mei aan boord van de 34e SpaceX commerciële bevoorradingsmissie naar het Internationaal Ruimtestation voor NASA. De missie vliegt als onderdeel van de Space Test Program – Houston 11 (STP-H11) lading, een samenwerking tussen de Amerikaanse ruimtemacht en NASA. Zodra het robotisch is geïnstalleerd aan de buitenkant van het ruimtestation (verwacht een paar dagen na aankomst), zal STORIE naar buiten kijken naar de ringstroom, waardoor wetenschappers al lang bestaande vragen kunnen beantwoorden over hoe deze groeit en krimpt en uit wat voor deeltjes hij bestaat.

“Deze deeltjes hebben belangrijke gevolgen voor het ruimteweer,” zei Alex Glocer, STORIE’s hoofdonderzoeker bij NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, waar het instrument is ontworpen en gebouwd. “We willen begrijpen hoe die gevangen populatie wordt opgebouwd en waar het vandaan komt.”

Deze details zijn vooral belangrijk tijdens zonnestormen, wanneer uitbarstingen van de zon kunnen leiden tot magnetische verstoringen op aarde. Vergelijkbaar met de Van Allen-stralingsgordels van de aarde, maar gevuld met deeltjes met lagere energie, heeft de ringstroom de neiging om dramatischer te fluctueren in grootte, vorm en intensiteit dan de stralingsgordels tijdens zonnestormen. Bovendien stromen in de ringstroom positief geladen deeltjes en negatief geladen deeltjes in tegengestelde richtingen, waardoor elektrische stromen ontstaan. Veranderingen daar kunnen dus leiden tot magnetische fluctuaties en geïnduceerde stromen op de grond, wat mogelijk pijpleidingen en hoogspanningsleidingen beïnvloedt. De ringstroom kan ook bijdragen aan ladingsopbouw op het oppervlak van satellieten in een baan om de aarde, wat storingen in ruimtevaartuigen kan veroorzaken. Bovendien, wanneer de energie in de ringstroom toeneemt, wordt een deel van die energie overgedragen aan de bovenste atmosfeer, waardoor deze opwarmt, uitzet en meer weerstand creëert voor satellieten, wat ertoe kan leiden dat het ruimtevaartuig eerder dan verwacht uit zijn baan raakt.

Het is echter moeilijk om de ringstroom direct te bestuderen omdat de deeltjes erin onzichtbaar zijn. “Je kunt ze niet zomaar fotograferen met een camera,” legde Glocer uit. In plaats daarvan zal STORIE scannen op de gloed van energetische neutrale atomen, of ENAs, die ontstaan wanneer geladen deeltjes die gevangen zitten in de ringstroom weten te ontsnappen. De deeltjes verdienen hun vrijheid door een elektron te stelen van de buitenste atmosfeer van de aarde, de exosfeer, en worden neutraal. “Zodra die geladen deeltjes neutraal worden, voelen ze de effecten van het magnetisch veld van de aarde niet meer en zijn ze niet langer gevangen,” zei Glocer. “Ze kunnen gewoon alle kanten op vliegen.”

Door de snelheid en richting van de ENAs te meten, kan STORIE helpen bij het beantwoorden van al lang bestaande vragen over de oorsprong van deeltjes in de ringstroom – of ze worden geleverd door een stroom deeltjes die uit de zon stroomt, de zonnewind, of van de aarde. Het STORIE-team ontwierp het instrument om speciale aandacht te besteden aan positief geladen zuurstofatomen (O+) omdat, volgens Glocer, “Als je zuurstof ziet, komt dat uit de atmosfeer. Daar krijg je heel weinig van uit de zonnewind.” Als STORIE veel zuurstofatomen vindt, zullen wetenschappers weten dat de ringstroom grotendeels wordt gevoed door de atmosfeer van de aarde, in plaats van de zonnewind.

Glocer en andere wetenschappers willen ook ontdekken of de populatie geladen deeltjes in de ringstroom b