Satelliet voor onderzoek van kosmische deeltjes

Deze maand (of bij problemen een volgende) zal in de Verenigde Staten een kleine satelliet worden gelanceerd voor het onderzoek aan deeltjes van de kosmische straling bij de aarde.

De satelliet, SAMPEX geheten (Solar Anomalous and Magnetospheric Explorer) komt in een baan op 600 km hoogte boven de polen en zal metingen verrichten aan onder andere de merkwaardigde deeltjes van de kosmische straling die zich verzamelen in een onlangs ontdekte derde stralingsgordel rond de aarde.

De twee bekende, grote stralingsgordels rond de aarde zijn de beide Van Allen-gordels, genoemd naar de Amerikaanse fysicus die ze in 1958 ontdekte met behulp van de kunstmaan Explorer-1. Deze gordels, die zich bevinden op hoogten tussen ongeveer 1000 en 5000 km en 15.000 en 25.000 km, bestaan grotendeels uit protonen (kernen van waterstofatomen) en elektronen. De deeltjes zitten gevangen in het magnetische veld van de aarde en vliegen constant langs de magnetische veldlijnen tussen de noord- en de zuidpool heen en weer.

De deeltjes in deze twee gordels zijn voor een groot deel afkomstig uit de zonnewind: de stroom geladen deeltjes die de zon constant met grote snelheid in alle richtingen uitzendt. Onlangs is tussen deze twee gordels een derde stralingsgordel ontdekt, die behalve protonen ook zwaardere deeltjes bevat, waaronder meervoudig geïoniseerde atomen (ofwel ionen). Deze deeltjes zijn afkomstig uit de ruimte tussen de sterren en via een zeer grote omweg op hun huidige plaats beland.

De deeltjes kwamen als neutrale atomen uit de interstellaire ruimte (waar ook de deeltjes van de zogeheten kosmische straling straling vandaan komen) en werden in de buurt van de zon door diens ultraviolette straling enkelvoudig geïoniseerd: ze verloren een elektron en werden dus elektrisch geladen. Door de eveneens elektrisch geladen zonnewind werden deze ionen vervolgens terug naar de rand van het zonnestelsel geblazen, tot aan de heliopauze: de grens van de magnetische invloedssfeer van de zon.

Deze grens is in feite een schokgolf, die de ionen opeens een veel hogere snelheid geeft. Sommige ionen kunnen daardoor tegen de zonnewind in weer terugkeren naar de binnengebieden van het zonnestelsel, waar ze zich voordoen als anomale kosmische straling: als deeltjes met een zeer hoge energie, maar voorkomend in zeer geringe aantallen.

Een aantal ionen weet zelfs door te dringen in de magnetosfeer van de aarde, waar ze in de bovenste lagen van de atmosfeer door botsingen met moleculen nog sterker geïoniseerd worden. Ze krijgen een nog grotere elektrische lading en kunnen dan niet meer ontsnappen uit het magnetische veld van de aarde. Zo vormen zij een derde stralingsgordel rond de aarde: een soort "reservoir' met interstellaire materie. De stralingsintensiteit is echter vele orden van grootte geringer dan die van de twee andere gordels.

De binnenkort te lanceren SAMPEX-satelliet zal nu metingen gaan verrichten aan de twee andere gedaanten van deze interstellaire deeltjes, die van de "gewone' en van de anomale kosmische straling. De satelliet zal de lading van deze deeltjes bepalen en dank zij zijn grote detectoroppervlak zal het nu mogelijk worden om ook de lading van de zeldzame bestanddelen van de anomale kosmische straling, zoals stikstof, neon en argon, beter te bestuderen. Wanneer dit gelukt, zal de link met de meervoudig geïoniseerde deeltjes in de derde stralingsgordel verstevigd kunnen worden.

SAMPEX is de eerste satelliet uit het SMEX (Small Explorer) programma. Dit bestaat uit een serie van eenvoudige satellieten waarmee onderzoekers snel op een actueel wetenschappelijk vraagstuk kunnen inspringen. De satelliet staat onder het beheer van de universiteit van Maryland en heeft 30 miljoen dollar gekost. Eén van zijn vier detectoren is ontwikkeld door het Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching bij München.