Fysici maken met een eenvoudige magneet een kleine paraplu tegen geladen deeltjes uit de zon

Een groot probleem in de bemande ruimtevaart lijkt eenvoudiger op te lossen dan tot nu toe gedacht. Het gaat erom ruimtevaarders tijdens verre ruimtereizen in de luwte te houden van de zonnewind. Op aarde houden de magnetosfeer en de atmosfeer de schadelijke deeltjes uit die zonnewind weg. Maar ook op de veel kleinere schaal van een ruimteschip lijkt een beschermende ‘paraplu’ tegen deze hagel van deeltjes haalbaar. Een eenvoudige magneet is daarvoor al een goed begin, ontdekte een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Ruth Bamford van het Rutherford Appleton Laboratory in Groot-Brittannië (Plasma Physics & Controlled Fusion, 4 november 2008).

Uit de zon stromen voortdurend ultrasnelle, geladen deeltjes. In die stroom zitten grote schommelingen in plaats en tijd, maar gemiddeld gaat het om 100.000 tot 2 miljoen deeltjes met een snelheid van 300 tot 1.000 kilometer per seconde. Er is sprake van een snelreizend ijl ‘plasma’: een heet gas waarin de atomen uit elkaar gevallen zijn in losse elektronen en losse atoomkernen (waterstofkernen ofwel protonen, en heliumkernen).

De meeste van deze deeltjes worden van de aarde weggehouden door de magnetosfeer – een magneetveld in de vorm van een inktvis dat de deeltjes om de aarde heen leidt. Resterende deeltjes worden grotendeels geabsorbeerd in de atmosfeer, die zich tot op grote hoogte boven het aardoppervlak uitstrekt. Zelfs het Internationale ruimtestation bevindt zich nog in de veilige zone.

Tot dusver zijn dus alleen de maanreizigers tijdens de Apollomissies in de jaren zestig en zeventig buiten de beschermde zone getreden, maar hun reis duurde betrekkelijk kort. Bij lange Marsreizen zouden de zonnewind, en schommelingen daarin zoals zonnestormen, uiteindelijk voor astronauten zelfs dodelijk kunnen zijn.

In het lab in Rutherford hebben Bamford en haar team nu de zonnewind nagebootst door een plasmastroom te maken met apparatuur waarmee eerder plasma’s werden bestudeerd voor kernfusieonderzoek. In die ijle stroom geladen deeltjes plaatsten ze een simpele dipoolmagneet – een magneet met een noord- en een zuidpool en met een heel gewone veldsterkte van ongeveer 0,2 tesla bij de polen. Dat bleek tot hun verrassing al genoeg om een ‘gat’ in de ‘zonnewind’ te maken. Anders gezegd: om geladen deeltjes weg te buigen en zo een veilige zone in de luwte van de zonnewind te creëren – met een breedte van bijna een meter en een lengte in de orde van meters .

Net zoals de aardse magnetosfeer leek deze mini-magnetosfeer zich een beetje aan te passen aan de kracht van de plasmastroom. Als daarvan de intensiteit toenam, werd de veilige zone iets compacter.

Maar de weg naar toepassing is nog lang. In de ruimtevaart zijn zware statische magneten niet handig, magneetspoelen kosten stroom en vermogen, en ook zaken als de betrouwbaarheid en stabiliteit van deze ‘paraplu’ moeten nog worden onderzocht.

Margriet van der Heijden