Skip to main content
2021-05-20

Wiley publiceerde zopas een nieuw boek over de magnetosferen in ons zonnestelsel.  Het is mede geredigeerd door onze BIRA-collega dr. Romain Maggiolo. Dankzij zijn 13 jaar ervaring in het onderzoeksteam "Magnetosfeer" binnen de afdeling "Ruimtefysica", werd hij benaderd om hoofdredacteur van dit boek te worden.

De Space Physics and Aeronomy collectie van Wiley is een vijfdelige set van boeken waarin de nieuwste wetenschappelijke waarnemingen, modellen en theorieën worden gepresenteerd. De boeken behandelen achtereenvolgens de zon en de zonnewind, de magnetosferen in het zonnestelsel, de ionosfeer van de aarde, de bovenste atmosfeer van de aarde en de effecten van ruimteweer. Dit tweede deel, getiteld "Magnetosferen in het Zonnestelsel", geeft een uitgebreid overzicht van de huidige kennis en toekomstige onderzoeksrichtingen in de fysica van de magnetosfeer.

In de zes decennia sinds de term "magnetosfeer" voor het eerst werd gebruikt, is er veel theoretisch werk verricht en ontdekt over de gemagnetiseerde ruimte rond elk van de hemellichamen in ons zonnestelsel. Elke magnetosfeer is uniek, maar gedraagt zich toch volgens universele fysische processen.

Magnetospheres in the Solar System brengt bijdragen samen van experimentelen, theoretici en numerieke modelleurs om een overzicht te geven van diverse magnetosferen, van de mini-magnetosferen van Mercurius tot de reusachtige planetaire magnetosferen van Jupiter en Saturnus.

solarsystem

 

Tijd voor een interview met de hoofdredacteur van het boek

Artist impression idealising how the solar wind shapes the magnetospheres of Earth (middle) and the induced magnetospheres of Venus and Mars.
Artistieke impressie (niet op schaal) die idealiseert hoe de
zonnewind de magnetosferen van de Aarde (midden) en de
geïnduceerde magnetosferen van Venus (boven) en Mars
(onder) vormgeeft. Credits: ESA

Misschien om te beginnen... wat moeten we verstaan onder de term "magnetosfeer"?

De term magnetosfeer verwijst naar het gebied in de ruimte waar fysische verschijnselen worden gedomineerd door het magnetisch veld van een hemellichaam. Voor hemellichamen met een globaal magnetisch veld dat in hun vaste kern wordt opgewekt, zoals de Aarde, Saturnus of Jupiter, is de magnetosfeer relatief groot. De magnetosfeer van de aarde is langgerekt en strekt zich uit tot meer dan 50.000 kilometer van de aarde aan de kant die naar de zon is gericht en enkele honderdduizenden kilometers aan de kant die van de zon is afgekeerd.

Niet-gemagnetiseerde hemellichamen die een atmosfeer hebben, zelfs al is die ijl, zijn ook omgeven door een magnetosfeer. Dit is bijvoorbeeld het geval voor Venus en Mars. Het magnetisch veld wordt gecreëerd door elektrische stromen die in de bovenste atmosfeer lopen. Dit wordt een geïnduceerde magnetosfeer genoemd, waarvan de buitenste grens aan de zonzijde een hoogte van slechts een paar honderd kilometer bereikt.

Waarom is het belangrijk om deze magnetosferen te bestuderen?

Magnetosferen vormen het raakvlak tussen hemellichamen en hun omgeving in de ruimte. Voor de planeten van het zonnestelsel vormen zij een gebied dat de atmosfeer scheidt van de zonnewind, een stroom van elektrisch geladen deeltjes die voortdurend door de zon wordt uitgestoten. Zij kunnen dus een beschermende rol spelen door ons te beschermen tegen de toorn van de zon tijdens zonnevlammen. Aan de andere kant kunnen magnetosferen ook energie opslaan en plotseling vrijgeven. Dit worden geomagnetische stormen genoemd, die schadelijke gevolgen kunnen hebben, vooral voor het elektriciteitsnet of satellieten. De magnetosferen zijn ook verbonden met de bovenste atmosfeer van de planeten, met als spectaculairste manifestatie van deze band het poollicht, de lichtgevende emissies die zichtbaar zijn aan de hemel van de poolgebieden. We vragen ons ook af welke rol magnetosferen gespeeld zouden kunnen hebben op de stabiliteit van atmosferen, beschermen ze die of dragen ze integendeel bij tot hun ontsnapping naar de ruimte?

Magnetosferen zijn dus een belangrijke component van de ruimteomgeving van hemellichamen en vormen als zodanig een interessant studieobject. Elke magnetosfeer is uniek, zijn eigenschappen hangen af van de eigenschappen van het hemellichaam: planeet, maan of zelfs komeet. Zo bevindt de magnetosfeer van Ganymedes zich binnen de reusachtige magnetosfeer van Jupiter, die zelf sterk wordt beïnvloed door de aanwezigheid van talrijke satellieten in de magnetosfeer. Sommige planeten hebben asymmetrische magnetosferen, zoals Uranus en Neptunus, terwijl andere kleine magnetosferen dicht bij de Zon hebben, zoals Mercurius. Een voorbijgaande magnetosfeer verschijnt zelfs rond kometen wanneer zij dicht genoeg bij de Zon zijn. Magnetosferen zijn complexe systemen die gekoppeld zijn aan zowel de zonnewind als de ionosfeer, het geïoniseerde deel van de bovenste atmosfeer. Binnen een magnetosfeer zelf zijn er vele subregio's waarin de omstandigheden drastisch kunnen variëren. Magnetosferen zijn dan ook natuurlijke laboratoria voor de studie van plasma's, de gassen van elektrisch geladen deeltjes waaruit het zichtbare heelal bijna volledig is opgebouwd.

Set up of moon-magnetosphere interaction for the case of Jupiter’s Galilean moons.
Opstelling van de maan-magnetosfeerinteractie voor het
geval van de Galileïsche manen van Jupiter. De
magnetosfeer van Jupiter is zo groot dat hij de Galileïsche
manen omvat. De blauwe inzet is een zoom op het
poolgebied van Jupiter en toont Jupiters belangrijkste poollicht
waar de poollichtsporen van de manen Io, Europa en
Ganymedes te zien zijn. (Foto: John Spencer en John
Clarke).

Hoe kunnen we magnetosferen bestuderen?  

Er is niet echt één manier om magnetosferen te bestuderen. Het bestaan zelf van magnetosferen werd voor het eerst afgeleid uit theoretische overwegingen gerelateerd aan de interactie tussen de zonnewind en de magneetvelden van planeten. Zelfs vóór de opkomst van het ruimtetijdperk werden de indirecte effecten van elektrische stromen in magnetosferen op het aardoppervlak gemeten met magnetometers, instrumenten die worden gebruikt om het magnetische veld en de variaties daarin te meten. Vandaag de dag worden nog steeds instrumenten op de grond gebruikt, zoals radar of netwerken van magnetometers verspreid over de hele wereld. Metingen met satellieten waren een grote sprong voorwaarts. De eerste Amerikaanse satelliet, Explorer 1, droeg een geigerteller die het mogelijk maakte de Van Allen-gordels te ontdekken, hoogenergetische deeltjes die gevangen zitten in de magnetosfeer van de aarde. Met de ontwikkeling van steeds gevoeligere instrumenten, multi-satellietmissies zoals de Europese Cluster-missie en de Amerikaanse MMS-missie, en het uitsturen van talrijke sondes naar het zonnestelsel, neemt de hoeveelheid en de kwaliteit van de gegevens voortdurend toe, waardoor wij een steeds nauwkeuriger beeld krijgen van de fysica van de magnetosfeer. De ontwikkeling van computermogelijkheden maakt de productie mogelijk van complexe computermodellen die magnetosferen kunnen simuleren op een manier die steeds dichter bij de werkelijkheid komt. Vooruitgang in onze kennis van magnetosferen vereist een combinatie van al deze middelen, van theorie tot metingen tot computermodellen.

Waarom is er besloten een boek te schrijven over magnetosferen in het zonnestelsel?

De magnetosferen van het zonnestelsel zijn de laatste decennia uitgebreid bestudeerd. De hoeveelheid verzamelde gegevens en kennis is aanzienlijk door de verscheidenheid aan magnetosferen in het zonnestelsel en de middelen die gebruikt zijn om ze te bestuderen. Daarom is het soms moeilijk om de weg te vinden in de overvloed aan wetenschappelijke literatuur en de verscheidenheid aan methoden, instrumenten en onderzoeksthema's. Hetzelfde geldt voor andere gebieden die betrekking hebben op onze directe ruimteomgeving en de bovenste atmosfeer. Twee Amerikaanse onderzoekers, Yongliang Zhang en Larry Paxton, hebben daarom aan Wiley, een van de grootste wetenschappelijke uitgevers, voorgesteld een reeks van vijf boeken uit te geven over deze onderwerpen: de thermosfeer, de ionosfeer, het ruimteweer, de magnetosferen en de zon. Deze boeken zijn in de eerste plaats bedoeld voor thesisstudenten en onderzoekers. Zij moeten dus voldoende toegankelijk zijn om een ingang te bieden tot de behandelde onderwerpen, maar ook voldoende gespecialiseerd om nuttig te zijn voor onderzoekers die in deze onderwerpen gespecialiseerd zijn. Het doel is om zoveel mogelijk informatie in één boek te verzamelen, maar ook om het zo te structureren dat het een globaal beeld geeft van de onderwerpen en dat het toegankelijk is voor de lezer.

Kun je iets vertellen over de inhoud van het boek?

Dit boek bestaat uit 47 hoofdstukken die onafhankelijk van elkaar kunnen worden gelezen. De verscheidenheid aan onderwerpen die in dit boek worden behandeld is vrij groot, maar ze hebben altijd te maken met magnetosferen in het zonnestelsel. Ze behandelen zowel de geschiedenis als de fysische principes, instrumentele en numerieke technieken, onze huidige kennis van de verschillende regio's van de aardse magnetosfeer en van andere magnetosferen in het zonnestelsel. Tenslotte worden in de laatste hoofdstukken de nog onopgeloste problemen besproken en aanwijzingen gegeven voor de toekomstige ontwikkeling van het onderzoek op dit gebied. Het boek behandelt de planeten van het zonnestelsel, sommige van hun satellieten, kometen, plasmafysica, instrumenten en meetmethoden, en numerieke simulaties.

Elk hoofdstuk is geschreven door gerenommeerde specialisten. Het is uiteraard onmogelijk om alle onderwerpen in verband met magnetosferen in één boek te behandelen, ook al is het 800 bladzijden lang. Dit boek moet daarom gezien worden als een gids in de complexe wereld van de magnetosferen. Het geeft een uitgebreid overzicht van het onderwerp en bevat ook een groot aantal referenties om de lezer door te verwijzen naar de meest relevante artikelen wanneer een vraag verder moet worden uitgediept.

Hoe bent u bij dit project betrokken geraakt en wat was uw rol bij de publicatie van dit boek?

Ik werd benaderd om hoofdredacteur van dit boek te worden omwille van mijn ervaring in het onderwerp en omwille van de expertise en reputatie van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie op het gebied van de ruimtefysica. Van daaruit heb ik drie mederedacteurs gekozen om mij in dit avontuur bij te staan: Nicolas André, een Fransman, Hiroshi Hasegawa, een Japanner en Dan Welling, een Amerikaan. De eerste stap was het kiezen van de structuur van het boek, het onderwerp van de hoofdstukken en hun auteurs. Het was zeer belangrijk een coherente structuur aan het boek te geven, maar ook de verscheidenheid te benadrukken die met dit onderwerp samenhangt, zowel op wetenschappelijk als op menselijk vlak. We hebben auteurs van vele nationaliteiten, Aziaten, Europeanen en Amerikanen. Dit weerspiegelt de realiteit van magnetosferisch onderzoek, dat internationaal van aard is en ongeacht nationaliteit of geslacht, wat telt is de wens om kennis te ontdekken, te begrijpen en te delen.

Wanneer auteurs een eerste ontwerp van hun hoofdstuk hebben voltooid, wordt het nagelezen door reviewers. Zij worden gekozen op grond van hun deskundigheid en moeten zo weinig mogelijk connecties hebben met de auteurs, om een zo objectief mogelijk beoordelingsproces te waarborgen. Het was mijn taak toezicht te houden op dit beoordelingsproces. Op basis van de feedback van de redacteuren en met de hulp van de mederedacteuren, was het mijn beslissing om de hoofdstukken te valideren. Bovendien moest worden toegezien op de uniformiteit van het boek, waarbij een zeker evenwicht en harmonie tussen de hoofdstukken moest worden bewaard. Tenslotte begon het productieproces. Ik fungeerde vervolgens als contactpersoon tussen de auteurs en Wiley, de uitgeverij. Dit alles neemt tijd in beslag; er is geen sprake van het versnellen van het publicatieproces als er geen consensus bestaat over de inhoud van de hoofdstukken. Het project is dus eind 2017 van start gegaan en het boek wordt nu pas gepubliceerd.

Bij het project zijn 47 auteurs betrokken, vaak met meerdere co-auteurs, en elk hoofdstuk wordt door ten minste twee onderzoekers beoordeeld. Dit betekent dat meer dan 200 onderzoekers van over de hele wereld hebben bijgedragen aan dit project. Vanuit dit oogpunt is het een nogal buitengewoon menselijk avontuur. Er gebeurt heel wat in het leven van 200 mensen gedurende drie jaar!

 

Referentie

Space Physics and Aeronomy Collection Volume 2: Magnetospheres in the Solar System, Geophysical Monograph 259, First Edition.Edited by Romain Maggiolo, Nicolas André, Hiroshi Hasegawa, and Daniel T. Welling.© 2021 American Geophysical Union. Published 2021 by John Wiley & Sons, Inc.DOI: 10.1002/9781119815624.ch1

 

Contact:

Dr. Romain Maggiolo
Wetenschapper in de “Magnetosfeer”-onderzoeksgroep van het BIRA

Email: Romain(dot)Maggioli(AT)aeronomie(dot)be

News image 1
News image legend 1
Voorpagina van het boek "Magnetospheres in the Solar System", het tweede van vijf delen in de ‘Space Physics and Aeronomy’-collectie, met BIRA-onderzoeker dr. Romain Maggiolo als hoofdredacteur.
News image 2
News image legend 2
De Europese Clustermissie, bestaande uit vier satellieten die in een tetraëdrische formatie vliegen en gedetailleerde gegevens verzamelen over kleinschalige veranderingen in de ruimte nabij de aarde en over de interactie tussen de geladen deeltjes van de zonnewind en de magnetosfeer van de aarde. Credits: ESA - CC BY-SA 3.0 IGO
News image 3
News image legend 3
In een van de hoofdstukken van het boek, dat is geschreven door Dr. Herbert Gunnel, wordt onderzocht of een intrinsiek planetair magnetisch veld de ionosfeer beschermt, en de conclusie is dat dit onder de huidige omstandigheden niet het geval is. Dit kan worden verklaard door neushoorns.