Maak vandaag geen ruimtewandeling

Nu en dan razen er wolken van hoogenergetische deeltjes aan enorme snelheden doorheen ons zonnestelsel. Indien je je als astronaut op het pad van zo’n wolk bevindt, kun je maar beter in je ruimteschip blijven. Zo niet word je blootgesteld aan een hevig bombardement van kankerverwekkende deeltjesstraling. Zonne-uitbarstingen vormen niet alleen een gevaar voor astronauten maar kunnen bovendien ook satellieten ontregelen en ons GPS-signaal verstoren. De luchtvaart kan daardoor onverwacht ernstig in de war geraken. Een ruimteweerbericht zou soelaas kunnen bieden, maar voorlopig zijn onze voorspellingen van het ruimteweer niet beter dan de conventionele weerberichten van pakweg 50 jaar geleden.

Weerbericht voor astronauten

Met de recente successen van SpaceX, loeren bemande ruimtereizen naar de maan en naar Mars om de hoek. Hoog tijd dus voor een accurater ruimteweerbericht. Daarvoor is een beter begrip van het ruimteweer noodzakelijk. Met dat doel voor ogen ontwikkelde ik voor mijn doctoraat het model PARADISE, een acroniem voor PArticle Radiation Asset Directed at Interplanetary Space Exploration. Dankzij de rekenkracht van de Vlaamse Supercomputer kan dit model berekenen hoe hoogenergetische deeltjes zich door ons zonnestelsel voortbewegen. PARADISE onderscheidt zich van andere bestaande modellen door hierbij bovendien rekening te houden met de invloed van de wispelturige zonnewind.

Zonne-uitbarstingen slingeren plasmawolken de ruimte in, die vervolgens fungeren als krachtige deeltjesversnellers en hoogenergetische deeltjesstraling produceren.

De zonnewind bestaat uit een continue stroom van elektronen, protonen en ionen afkomstig van de zon. Deze ijle stroom geladen deeltjes sleept het magnetisch veld van de zon met zich mee doorheen de ruimte. Hierdoor is ons hele zonnestelsel ingebed in een interplanetair magnetisch veld. Dit magnetisch veld beïnvloedt op zijn beurt de banen van de hoogenergetisch geladen deeltjes en trekt deze krom. Deze wisselwerking resulteert in een spiraalvormige beweging van de geladen deeltjes langsheen het interplanetaire magnetisch veld. Dit veld creëert als het ware snelwegen waarlangs hoogenergetische deeltjes doorheen de ruimte racen.

Een plasmawolk kan kronkels veroorzaken in het interplanetair magnetisch veld (witte lijnen), waarlangs de hoogenergetische deeltjes zich voortbewegen.

Doordat de zonnewind zich als een kolkende stroom doorheen de ruimte verspreidt, kan het interplanetair magnetische veld zeer chaotisch zijn. Krachtige zonne-uitbarstingen slingeren bovendien zo nu en dan enorme wolken heet plasma de ruimte in, die de zonnewind nog extra verstoren. De interplanetaire snelwegen waarlangs de hoogenergetische deeltjes zich voortbewegen kunnen hierdoor stevige kronkels bevatten en heel wat onverwachte wendingen nemen.

De snelwegen van de ruimte

PARADISE houdt rekening met de constante veranderingen in de zonnewind door gebruik te maken van een ander model, genaamd EUHFORIA. EUHFORIA staat voor EUropean Heliospheric FORecasting Asset. Dit model gebruikt satellietobservaties van de zon om de zonnewind en eventuele plasmawolken te modelleren. Door tijdens een zonnestorm gebruik te maken van EUHFORIA, kan PARADISE inschatten waarheen de magnetische snelwegen de hoogenergetische deeltjes zullen leiden: naar de aarde, naar Mars, of naar andere locaties in ons zonnestelsel. Hiermee zetten we een belangrijke stap richting een meer accuraat ruimteweerbericht.

Een reis naar de zon

Om de modellering van het ruimteweer verder te verbeteren, zijn meer en betere metingen nodig van de zonnewind en van zonne-uitbarstingen. Dat beseffen ook de grote Amerikaanse en Europese ruimtevaartorganisaties, NASA en ESA. Daarom lanceerde NASA in augustus 2018 de zonnesonde Parker Solar Probe, die onze zon van dichter dan ooit tevoren zal observeren. In Februari 2020 lanceerde ESA vervolgens de zonnesonde Solar Orbiter. Deze sonde zal de poolgebieden van de zon voor het eerst van dichtbij observeren en zal ook de samenstelling van de zonnewind continu opmeten.

Met de data van Solar Orbiter (links) en Parker Solar Probe (rechts) kunnen we onze ruimteweerberichten verder verbeteren.

De metingen van de sondes Parker Solar Probe en Solar Orbiter bieden enorme mogelijkheden om onze kennis over het ruimteweer te vergroten. Hierbij zijn modellen als EUPHORIA en PARADISE van essentieel belang. Door de meetdata te vergelijken met de resultaten van deze modellen, kunnen we nagaan waar onze huidige kennis van het ruimteweer tekortschiet. Die info kunnen we dan gebruiken om de bestaande modellen te verbeteren en zo gaandeweg een beter ruimteweerbericht te ontwikkelen.

Voorlopig hebben astronauten zonder twijfel nog steeds meer recht om te klagen over het weerbericht dan wij, aardbewoners.

Nicolas Wijsen is genomineerd voor de Vlaamse PhD Cup. Ontdek meer over zijn onderzoek op www.phdcup.be.