En 40-årig gåta om spöklika magnetfält i det interplanetära rymden kan äntligen ha lösts av nya data från en konstellation av 12 satelliter i rymden nära jorden.

Ny forskning i AGU-tidskriften Geofysiska forskningsbrev finner att fint damm från pulveriserade rymdstenar driver solvinden förbi rymdfarkosten, som upptäckte molnet av fint skräp som en tillfällig förändring i det lokala magnetfältet.

Om upptäckten är korrekt, den pekar på ett nytt sätt att studera den föga förstådda skärningspunkten mellan de mycket stora sakerna i vårt solsystem – som asteroider och planeter – och de allra minsta partiklarna. Bland annat, det kan hjälpa till att förklara hur solen och andra stjärnor städar sina interplanetära hushåll.

"Denna händelse är viktig inte bara för att den har observerats av så många satelliter vid ett tillfälle, men också för att den har spårats från det interplanetära rymden till den jordiska magnethöljet, " förklarade planetforskaren Hairong Lai vid Sun Yat-Sen University, Zhuhai, Kina, som är huvudförfattare till den nya tidningen. Magnethöljet är den samlade solvinden som skapas bakom bågchocken, området där vinden möter jordens magnetfält. Att se den magnetiska händelsen i båda rymdmiljöerna satte deras dammmodell på prov.

Magnetisk mysterium

Mysteriet startade 1982 när rymdfarkoster i det interplanetära rymden nära Venus och utrustade med en magnetfältssensor – kallad magnetometer – upptäckte en 12 timmar lång förändring i det lokala magnetfältet. Magnetfältsförändringen var oförklarlig eftersom det inte fanns någon uppenbar orsak.

"Magnetometern upptäckte att magnetfältet började stiga, blev sedan starkare och starkare, tappade sedan och plattades ut, " sa planetforskaren Christopher Russell från University of California i Los Angeles, som minns händelsen och är medförfattare till den nya studien. Jag trodde att det var en komet som gick förbi. Det var helt fel. Jag hade ingen fysisk känsla för vad det här var."

Under åren sedan, Russell och andra forskare registrerade fler sådana magnetiska händelser med rymdfarkoster, varar allt från några sekunder till 12 timmar. Han och hans kollegor utvecklade en hypotes om att de orsakades av moln av magnetiserat damm som surfade i solvinden.

"Vi kom på idén att dessa var dammkaniner gjorda av att kollidera stenar i rymden, " han sa.

Kollisionerna tillintetgjorde stenarna och lämnade dammpartiklar så små att de kunde zappas och joniseras av ultraviolett strålning från solen. När de väl joniserats – vilket betyder att de fick en elektrisk laddning – kunde de påverkas av de elektriska laddningarna från de mycket mindre, men mycket snabbare, partiklar som blåser ut från solen i solvinden. Dammet kunde sedan dras med av solvinden, gradvis få fart, som en surfare som fångar en våg. Så länge dammet var långsammare än solvinden, dammpartiklarna skulle orsaka en buckla i det lokala magnetfältet, vilket är vad rymdskeppsmagnetometrarna upptäcker sveper förbi dem.

"Vi har haft problem med att hitta ett bevis för att övertyga alla om att det här är rätt modell, " sa Russell.

Gräver igenom data

För att testa modellen, Lai sökte i satellitmagnetometerdataposter för att hitta andra händelser. Det hon hittade var en händelse den 16 januari 2018 som upptäcktes av ett dussin rymdskepp. Men bättre än så, dammmolnet passerade från det interplanetära rymden och in i jordens magnethölje, vilket är mycket mer avslöjande.

Deras hypotes, Lai förklarade, är det uppströms jordens magnetiska bågchock, solvinden är snabbare än dammet, och drar med sig det långsammare dammet. Nedströms bogchocken, dock, solvinden bromsas ner och dammet inte. Rollerna vänder på varandra och dammet drar med sig solvinden i magnethöljet.

Genom att jämföra hur magnetfälten förändrades på de tolv rymdfarkosterna både uppströms och inuti magnethöljet, Lai och hennes kollegor kunde testa den hypotesen. Det de hittade var ett mönster av magnetfältsförändringar som matchade deras hypotes om joniserat damm i båda rymdmiljöerna.

Förutom att lösa ett mysterium, de nya observationerna ger insikter om beteendet hos neutral materia i solsystemet – som stenar, asteroider och planeter – och laddad materia som plasma, sa Russell.

"Det (vetenskapliga) samfundet tänker inte riktigt på gränssnittet mellan neutrala bergarter och plasma, " sa han. När partiklarna är tillräckligt små, att neutral materia blir laddad och påverkas av solvinden. "Det här visar var det gränssnittet är."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs den ursprungliga historien här.