Univerzity v USA se dlouho přely o to, komu patří největší buben na světě. Mezi nepodložené nároky na tento titul patří „Purdue Big Bass Drum“ a „Big Bertha“, který byl zajímavě pojmenován podle německého děla z první světové války a během projektu Manhattan skončil jako radioaktivní.

Naneštěstí pro Američany však Guinnessova kniha rekordů tvrdí, že pravý titul drží tradiční korejský buben „CheonGo“. Ten má v průměru přes 5,5 metru, je vysoký asi šest metrů a váží přes sedm tun. Moje nejnovější vědecké výsledky, které byly právě publikovány v časopise Nature Communications, však všechny soupeře smetly ze stolu. To proto, že největší buben na světě je ve skutečnosti několik desítekkrát větší než naše planeta – a existuje ve vesmíru.

Možná si myslíte, že je to nesmysl. Ale magnetické pole (magnetosféra), které obklopuje Zemi a chrání nás tím, že odvádí sluneční vítr kolem planety, je gigantický a složitý hudební nástroj. Již zhruba 50 let víme, že slabé magnetické typy zvukových vln se mohou v tomto prostředí odrážet a rezonovat a vytvářet dobře definované tóny přesně stejným způsobem, jako to dělají větrné a strunné nástroje. Tyto tóny však vznikají na frekvencích desettisíckrát nižších, než jsme schopni slyšet ušima. A tento nástroj podobný bubnu v naší magnetosféře nám dlouho unikal – až doposud.

Masivní magnetická membrána

Klíčovým rysem bubnu je jeho povrch – odborně označovaný jako membrána (bubny se také nazývají membranofony). Při úderu na tento povrch se po něm mohou šířit vlny, které se na pevných okrajích odrážejí zpět. Původní a odražené vlny mohou interferovat tak, že se vzájemně zesilují nebo ruší. To vede ke vzniku „vzorů stojatých vln“, kdy se určité body zdají být nehybné, zatímco jiné vibrují sem a tam. Konkrétní obrazce a s nimi spojené frekvence jsou zcela určeny tvarem povrchu bubnu. Otázka „Je slyšet tvar bubnu?“ vlastně zajímá matematiky od 60. let 20. století až dodnes.

Vnější hranice zemské magnetosféry, známá jako magnetopauza, se chová velmi podobně jako pružná blána. Zvětšuje se nebo zmenšuje v závislosti na měnící se síle slunečního větru a tyto změny často vyvolávají vlnění nebo povrchové vlny, které se šíří přes hranici. Ačkoli se vědci často zaměřují na to, jak se tyto vlny šíří po stranách magnetosféry, měly by se šířit také směrem k magnetickým pólům.

Fyzikové často berou komplikované problémy a značně je zjednodušují, aby získali přehled. Tento přístup pomohl teoretikům před 45 lety poprvé prokázat, že tyto povrchové vlny se skutečně mohou odrážet zpět, čímž magnetosféra vibruje stejně jako buben. Nebylo však jasné, zda odstranění některých zjednodušení v teorii nezabrání tomu, aby buben mohl vzniknout.

Ukázalo se také, že je velmi obtížné najít přesvědčivé pozorovací důkazy pro tuto teorii z družicových dat. Ve vesmírné fyzice, na rozdíl třeba od astronomie, máme obvykle co do činění se zcela neviditelným. Nemůžeme jen tak vyfotit, co se všude děje, musíme vyslat družice a změřit to. To ale znamená, že víme, co se děje pouze v místech, kde jsou satelity. Hádanka často spočívá v tom, zda jsou družice ve správný čas na správném místě, abychom našli to, co hledáme.

V posledních několika letech jsme s kolegy dále rozvíjeli teorii tohoto magnetického bubnu, abychom získali testovatelné signatury, které bychom mohli hledat v našich datech. Podařilo se nám přijít s několika přísnými kritérii, o kterých jsme se domnívali, že by mohla poskytnout důkaz těchto oscilací. V podstatě to znamenalo, že potřebujeme alespoň čtyři družice, všechny za sebou v blízkosti magnetopauzy.

Mise NASA THEMIS nám naštěstí poskytla ne čtyři, ale pět družic. Stačilo najít tu správnou hnací událost, ekvivalentní úderu paličky do bubnu, a změřit, jak se povrch v reakci na to pohnul a jaké zvuky to vytvořilo. Dotyčnou událostí byl proud vysokorychlostních částic impulsivně narážející do magnetopauzy. Jakmile jsme to zjistili, všechno do sebe téměř dokonale zapadlo. Dokonce jsme znovu vytvořili, jak buben skutečně zní (viz video výše).

Tento výzkum skutečně ukazuje, jak ošidná může být věda ve skutečnosti. Něco, co zní relativně jednoduše, nám trvalo 45 let, než jsme to dokázali. A tato cesta zdaleka nekončí, čeká nás ještě spousta práce, abychom zjistili, jak často se tyto vibrace podobné bubnům vyskytují (jak zde na Zemi, tak potenciálně i na jiných planetách) a jaké jsou jejich důsledky pro naše vesmírné prostředí.

To nám nakonec pomůže odhalit, jaký rytmus magnetosféra v průběhu času vytváří. Jako bývalý DJ se nemohu dočkat – miluji dobrý rytmus.