Az amerikai egyetemek régóta vitatkoznak azon, kié a világ legnagyobb dobja. A címre vonatkozó megalapozatlan igények között szerepelt a “Purdue Big Bass Drum” és a “Big Bertha”, amely érdekes módon az első világháborús német ágyúról kapta a nevét, és a Manhattan Project során radioaktívvá vált.

Az amerikaiak szerencsétlenségére azonban a Guinness Rekordok Könyve szerint egy hagyományos koreai “CheonGo” dobé a valódi cím. Ez több mint 5,5 méter átmérőjű, mintegy hat méter magas és több mint hét tonna súlyú. Legújabb tudományos eredményeim azonban, amelyeket a Nature Communications című folyóiratban tettem közzé, minden versenyzőt leköröztek. A világ legnagyobb dobja ugyanis valójában több tízszer nagyobb, mint a bolygónk – és az űrben létezik.

Azt gondolhatják, hogy ez badarság. De a Földet körülvevő mágneses mező (magnetoszféra), amely a bolygó körüli napszél elterelésével véd minket, egy gigantikus és bonyolult hangszer. Körülbelül 50 éve tudjuk, hogy a gyenge mágneses típusú hanghullámok pattoghatnak és rezonálhatnak ebben a környezetben, pontosan ugyanúgy jól meghatározott hangokat alkotva, mint a szél- és húros hangszerek. De ezek a hangok több tízezerszer alacsonyabb frekvencián alakulnak ki, mint amit a fülünkkel hallunk. És ez a dobszerű hangszer a magnetoszféránkon belül sokáig elkerülte a figyelmünket – egészen mostanáig.

Masszív mágneses membrán

A dob legfontosabb jellemzője a felszíne – technikailag membránnak nevezik (a dobokat membranofonoknak is nevezik). Amikor megütöd ezt a felületet, hullámok terjedhetnek rajta, és a rögzített széleken visszaverődnek. Az eredeti és a visszavert hullámok interferálhatnak, erősítve vagy kioltva egymást. Ez “állóhullám-mintázatokhoz” vezet, amelyekben bizonyos pontok látszólag mozdulatlanul állnak, míg mások előre-hátra rezegnek. A konkrét mintázatokat és a hozzájuk tartozó frekvenciákat teljes mértékben a dob felületének alakja határozza meg. Valójában a “Hallható-e a dob alakja?” kérdés az 1960-as évektől napjainkig foglalkoztatta a matematikusokat.

A Föld magnetoszférájának külső határa, az úgynevezett magnetopauza nagyon is úgy viselkedik, mint egy rugalmas membrán. A napszél változó erősségétől függően növekszik vagy zsugorodik, és ezek a változások gyakran okoznak fodrozódást vagy felszíni hullámokat, amelyek a határon keresztül terjednek. Bár a tudósok gyakran arra összpontosítottak, hogy ezek a hullámok hogyan terjednek lefelé a magnetoszféra oldalain, a mágneses pólusok felé is terjedniük kell.

A fizikusok gyakran vesznek bonyolult problémákat, és jelentősen leegyszerűsítik azokat, hogy betekintést nyerjenek. Ez a megközelítés segített az elméletalkotóknak 45 évvel ezelőtt először bizonyítani, hogy ezek a felszíni hullámok valóban visszaverődhetnek, és így a magnetoszféra úgy rezeg, mint egy dob. De nem volt világos, hogy az elmélet egyes egyszerűsítéseinek megszüntetése megakadályozhatja-e, hogy a dob megszűnjön.

Az is kiderült, hogy nagyon nehéz meggyőző megfigyelési bizonyítékot találni erre az elméletre a műholdas adatokból. Az űrfizikában, ellentétben mondjuk a csillagászattal, általában teljesen láthatatlan dolgokkal van dolgunk. Nem tudjuk csak úgy lefényképezni, hogy mi történik mindenhol, műholdakat kell kiküldeni és mérni. De ez azt jelenti, hogy csak ott tudjuk, mi történik, ahol vannak műholdak. A rejtély gyakran az, hogy a műholdak a megfelelő helyen vannak-e a megfelelő időben ahhoz, hogy megtaláljuk, amit keresünk.

Az elmúlt néhány évben kollégáimmal továbbfejlesztettük ennek a mágneses dobnak az elméletét, hogy tesztelhető jeleket kapjunk, amelyeket az adatainkban kereshetünk. Sikerült néhány szigorú kritériumot felállítanunk, amelyekről úgy gondoltuk, hogy bizonyítékot szolgáltathatnak ezekre az oszcillációkra. Ez alapvetően azt jelentette, hogy legalább négy műholdra volt szükségünk egymás után a magnetopauza közelében.

Szerencsére a NASA THEMIS küldetése nem négy, hanem öt műholdat adott nekünk, amelyekkel játszhattunk. Csak meg kellett találnunk a megfelelő hajtóeseményt, ami a dobverő ütésével egyenértékű, és meg kellett mérnünk, hogy válaszul hogyan mozdult el a felszín, és milyen hangokat keltett. A kérdéses esemény egy nagy sebességű részecskékből álló sugár volt, amely impulzusszerűen csapódott a magnetopauzába. Amint ez megvolt, minden szinte tökéletesen a helyére került. Még azt is rekonstruáltuk, hogy a dob valójában hogyan hangzik (lásd a fenti videót).

Ez a kutatás igazán jól mutatja, milyen trükkös tud lenni a tudomány a valóságban. Valami, ami viszonylag egyszerűen hangzik, 45 évünkbe telt, mire bebizonyítottuk. És ez az út még messze nem ért véget, még rengeteg munka vár ránk, hogy kiderítsük, milyen gyakran fordulnak elő ezek a dobszerű rezgések (itt a Földön és potenciálisan más bolygókon is), és milyen következményekkel járnak az űrbeli környezetünkre.

Ez végső soron segít majd megfejteni, hogy a magnetoszféra milyen ritmust produkál az idő múlásával. Mint egykori DJ, már alig várom – szeretem a jó ritmust.