Recordstorm van mei 2024 blies gat in aardes stralingsgordel

De geomagnetische superstorm van 10 en 11 mei 2024 was de krachtigste sinds de Halloween-stormen van 2003. Op veel plekken op aarde, tot in Nederland, was 's nachts kleurrijk poollicht te zien. De storm zorgde ook voor problemen: landbouwmachines die voor hun positiebepaling afhankelijk zijn van gps-signalen vielen tijdelijk uit doordat de signalen door de verstoorde atmosfeer minder betrouwbaar werden.

Wat veel minder zichtbaar was, speelde zich duizenden kilometers boven ons hoofd af. Satellieten registreerden dat de buitenste van de twee Van Allen-gordels rond de aarde binnen enkele uren een groot deel van zijn energierijke elektronen kwijtraakte. Een team van wetenschappers onder leiding van Lyu publiceerde nu in het tijdschrift AGU Advances de eerste uitgebreide analyse van hoe dat precies gebeurde.

Twee mechanismen die elkaar versterkten

De Van Allen-gordels zijn twee donutvormige ringen rond de aarde waarin geladen deeltjes gevangen zitten, met de zonnewind als belangrijkste bron. Het aardmagneetveld, de magnetosfeer, houdt deze deeltjes normaal op hun plek. Tijdens hevige geomagnetische stormen kan die magnetosfeer echter van vorm veranderen, waardoor elektronen plotseling van plek veranderen. Zulke extreme stormen ontstaan vaker rond het piekjaar van de elfjarige zonnecyclus, waarin de zon actiever is en vaker zonnevlammen en coronale massa-ejecties de aarde raken.

Voor hun analyse gebruikten de onderzoekers metingen van de Japanse satelliet Arase, gebouwd door de ruimtevaartorganisatie JAXA. Vervolgens bootsten ze het verloop van de storm na met het zogeheten VERB-model, een simulatieprogramma dat speciaal is ontwikkeld om de dynamiek van de stralingsgordels na te bootsen. Daaruit bleek dat twee al langer bekende processen samen verantwoordelijk waren voor het elektronenverlies. Bij het eerste proces, magnetopauze-afscherming, duwt de instortende buitenrand van de magnetosfeer elektronen letterlijk de ruimte in. Bij het tweede proces, golfverstrooiing, sturen elektromagnetische golven de elektronen juist naar binnen, de bovenste lagen van de dampkring in. Welk van de twee processen de overhand had, verschilde per regio binnen het aardmagneetveld.

Betere voorspellingen voor de toekomst

De belangrijkste ontdekking is de timing: alleen als de simulatie het uitstoten van elektronen via magnetopauze-afscherming vrijwel gelijktijdig liet plaatsvinden met de plotselinge samenpersing van de magnetosfeer tijdens de storm, kwam de berekende schade overeen met wat satellieten werkelijk maten. Die samenpersing werd vervolgens gevolgd door golfverstrooiing. Standaardmodellen die nu worden gebruikt voor ruimteweersvoorspellingen houden onvoldoende rekening met deze nauwe verwevenheid tussen de stormdynamiek en het elektronentransport.

Volgens de onderzoekers kunnen de nieuwe inzichten helpen om betere voorspellingsmodellen te bouwen. Dat is relevant omdat energierijke elektronen in de stralingsgordel een risico vormen voor satellieten: ze kunnen elektronica beschadigen en de levensduur van ruimtevaartuigen verkorten. Met de wereld die steeds afhankelijker wordt van duizenden satellieten voor communicatie, navigatie en aardobservatie, groeit het belang van nauwkeurige voorspellingen van zulke extreme zonnestormen.