Vi har opdaget verdens største tromme - og dens i rummet

Universiteter i USA har længe skændtes om, hvem der ejer verdens største tromme. Udokumenterede påstande til titlen har inkluderet "Purdue Big Bass Drum" og "Big Bertha", som interessant nok blev opkaldt efter den tyske kanon fra første verdenskrig og endte med at blive radioaktiv under Manhattan-projektet.

Desværre for amerikanerne, imidlertid, Guinness Book of World Records siger, at en traditionel koreansk "CheonGo"-tromme har den sande titel. Denne er over 5,5 meter i diameter, omkring seks meter høj og vejer over syv tons. Men mine seneste videnskabelige resultater, netop offentliggjort i Naturkommunikation , har blæst alle konkurrenterne væk. Det skyldes, at verdens største tromle faktisk er flere titusinder større end vores planet – og den findes i rummet.

Du tror måske, det er noget vrøvl. Men det magnetiske felt (magnetosfæren), der omgiver Jorden, beskytte os ved at lede solvinden rundt om planeten, er et gigantisk og kompliceret musikinstrument. Vi har vidst i 50 år eller deromkring, at svage magnetiske typer af lydbølger kan hoppe rundt og give genlyd i dette miljø, danner veldefinerede toner på nøjagtig samme måde som blæse- og strygeinstrumenter gør. Men disse toner dannes ved frekvenser titusindvis af gange lavere, end vi kan høre med vores ører. Og dette trommelignende instrument i vores magnetosfære har længe unddraget os - indtil nu.

Massiv magnetisk membran

Nøgletræk ved en tromme er dens overflade - teknisk omtalt som en membran (trommer er også kendt som membranofoner). Når du rammer denne overflade, krusninger kan sprede sig hen over det og blive reflekteret tilbage ved de faste kanter. De originale og reflekterede bølger kan forstyrre ved at forstærke eller ophæve hinanden. Dette fører til "stående bølgemønstre", hvor specifikke punkter ser ud til at stå stille, mens andre vibrerer frem og tilbage. De specifikke mønstre og deres tilknyttede frekvenser bestemmes udelukkende af formen på tromlens overflade. Faktisk, spørgsmålet "Kan man høre formen af ​​en tromme?" har fascineret matematikere fra 1960'erne og frem til i dag.

Den ydre grænse for Jordens magnetosfære, kendt som magnetopausen, opfører sig meget som en elastisk membran. Det vokser eller krymper afhængigt af solvindens varierende styrke, og disse ændringer udløser ofte krusninger eller overfladebølger til at sprede sig ud over grænsen. Mens forskere ofte har fokuseret på, hvordan disse bølger bevæger sig ned langs magnetosfærens sider, de bør også rejse mod de magnetiske poler.

Fysikere tager ofte komplicerede problemer og forenkler dem betydeligt for at få indsigt. Denne tilgang hjalp teoretikere for første gang for 45 år siden med at demonstrere, at disse overfladebølger faktisk kunne blive reflekteret tilbage, få magnetosfæren til at vibrere ligesom en tromme. Men det var ikke klart, om fjernelse af nogle af forenklingerne i teorien kunne forhindre tromlen i at være mulig.

Det viste sig også at være meget vanskeligt at finde overbevisende observationsbevis for denne teori ud fra satellitdata. I rumfysik, i modsætning til at sige astronomi, vi har normalt at gøre med det fuldstændig usynlige. Vi kan ikke bare tage et billede af, hvad der foregår overalt, vi skal sende satellitter ud og måle det. Men det betyder, at vi kun ved, hvad der sker på de steder, hvor der er satellitter. Gåden er ofte, om satellitterne er på det rigtige sted på det rigtige tidspunkt for at finde det, du leder efter.

I løbet af de sidste par år, mine kolleger og jeg har videreudviklet teorien om denne magnetiske tromle for at give os testbare signaturer, som vi kan søge efter i vores data. Vi var i stand til at komme med nogle strenge kriterier, som vi troede kunne give bevis for disse svingninger. Det betød dybest set, at vi havde brug for mindst fire satellitter alle i træk nær magnetopausen.

Heldigvis, NASAs THEMIS-mission gav os ikke fire, men fem satellitter at lege med. Alt vi skulle gøre var at finde den rigtige kørebegivenhed, svarende til, at trommestangen rammer tromlen, og mål, hvordan overfladen bevægede sig som reaktion, og hvilke lyde den skabte. Den pågældende begivenhed var en stråle af højhastighedspartikler, der impulsivt smækkede ind i magnetopausen. Når vi havde det, alt faldt på plads næsten perfekt. Vi har endda genskabt, hvordan trommen faktisk lyder (se videoen ovenfor).

Denne forskning viser virkelig, hvor vanskelig videnskab kan være i virkeligheden. Noget, der lyder relativt ligetil, har taget os 45 år at demonstrere. Og denne rejse er langt fra slut, der er meget mere arbejde at gøre for at finde ud af, hvor ofte disse trommelignende vibrationer forekommer (både her på Jorden og potentielt på andre planeter, også), og hvad deres konsekvenser for vores rummiljø er.

Dette vil i sidste ende hjælpe os med at optrevle, hvilken slags rytme magnetosfæren producerer over tid. Som tidligere DJ, Jeg kan ikke vente – jeg elsker et godt beat.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.