Universitățile din SUA se ceartă de mult timp pentru a afla cine deține cea mai mare tobă din lume. Revendicări nefondate ale titlului au inclus „Purdue Big Bass Drum” și „Big Bertha”, care, în mod interesant, a fost numită după tunul german din Primul Război Mondial și a sfârșit prin a deveni radioactivă în timpul Proiectului Manhattan.

Din păcate pentru americani, însă, Cartea Recordurilor Guinness spune că o tobă tradițională coreeană „CheonGo” deține adevăratul titlu. Aceasta are un diametru de peste 5,5 metri, o înălțime de aproximativ șase metri și cântărește peste șapte tone. Dar cele mai recente rezultate științifice ale mele, care tocmai au fost publicate în Nature Communications, i-au spulberat pe toți concurenții. Acest lucru se datorează faptului că cea mai mare tobă din lume este de fapt de câteva zeci de ori mai mare decât planeta noastră – și există în spațiu.

S-ar putea să credeți că este un nonsens. Dar câmpul magnetic (magnetosfera) care înconjoară Pământul, protejându-ne prin devierea vântului solar în jurul planetei, este un instrument muzical gigantic și complicat. Știm de aproximativ 50 de ani că undele sonore de tip magnetic slab pot să ricoșeze și să rezoneze în acest mediu, formând note bine definite exact în același mod în care o fac instrumentele de vânt și cele cu coarde. Dar aceste note se formează la frecvențe de zeci de mii de ori mai mici decât cele pe care le putem auzi cu urechile noastre. Și acest instrument asemănător unei tobe din cadrul magnetosferei noastre ne-a scăpat mult timp – până acum.

Membrană magnetică masivă

Caracteristica cheie a unei tobe este suprafața sa – denumită tehnic membrană (tobele sunt cunoscute și sub numele de membranofone). Atunci când loviți această suprafață, undele se pot răspândi pe ea și se pot reflecta înapoi la marginile fixe. Undele originale și cele reflectate pot interfera, întărindu-se sau anulându-se reciproc. Acest lucru duce la „modele de unde staționare”, în care anumite puncte par să stea nemișcate, în timp ce altele vibrează înainte și înapoi. Modelele specifice și frecvențele asociate acestora sunt determinate în întregime de forma suprafeței tobei. De fapt, întrebarea „Se poate auzi forma unei tobe?” i-a intrigat pe matematicieni din anii 1960 până în prezent.

Limita exterioară a magnetosferei Pământului, cunoscută sub numele de magnetopauză, se comportă foarte asemănător cu o membrană elastică. Aceasta crește sau se micșorează în funcție de puterea variabilă a vântului solar, iar aceste schimbări declanșează adesea ondulații sau unde de suprafață care se răspândesc de-a lungul graniței. În timp ce oamenii de știință s-au concentrat adesea asupra modului în care aceste unde se deplasează de-a lungul laturilor magnetosferei, ele ar trebui să se deplaseze, de asemenea, spre polii magnetici.

Fizicienii iau adesea probleme complicate și le simplifică considerabil pentru a obține o perspectivă. Această abordare i-a ajutat pe teoreticieni, în urmă cu 45 de ani, să demonstreze pentru prima dată că aceste unde de suprafață ar putea într-adevăr să fie reflectate înapoi, făcând magnetosfera să vibreze exact ca o tobă. Dar nu era clar dacă eliminarea unora dintre simplificările din teorie ar putea opri posibilitatea existenței tobei.

De asemenea, s-a dovedit a fi foarte dificil de găsit dovezi observaționale convingătoare pentru această teorie din datele satelitare. În fizica spațială, spre deosebire de, să zicem, astronomie, avem de obicei de-a face cu ceva complet invizibil. Nu putem pur și simplu să facem o fotografie a ceea ce se întâmplă peste tot, trebuie să trimitem sateliți și să o măsurăm. Dar asta înseamnă că știm ce se întâmplă doar în locurile în care există sateliți. Enigma este adesea dacă sateliții se află în locul potrivit la momentul potrivit pentru a găsi ceea ce căutați.

În ultimii ani, eu și colegii mei am dezvoltat în continuare teoria acestui tambur magnetic pentru a ne oferi semnături testabile pe care să le căutăm în datele noastre. Am reușit să găsim câteva criterii stricte care am crezut că ar putea oferi dovezi pentru aceste oscilații. Practic, aceasta însemna că aveam nevoie de cel puțin patru sateliți, toți la rând, în apropierea magnetopauselor.

Din fericire, misiunea THEMIS a NASA ne-a oferit nu patru, ci cinci sateliți cu care să ne jucăm. Tot ce a trebuit să facem a fost să găsim evenimentul motor potrivit, echivalent cu bățul de tobă care lovește toba, și să măsurăm cum se mișcă suprafața ca răspuns și ce sunete a creat. Evenimentul în cauză a fost un jet de particule de mare viteză care s-a izbit impulsiv în magnetopauză. Odată ce am obținut acest lucru, totul s-a așezat aproape perfect. Am recreat chiar și cum sună de fapt toba (a se vedea videoclipul de mai sus).

Această cercetare arată cu adevărat cât de înșelătoare poate fi știința în realitate. Ceva care pare relativ simplu ne-a luat 45 de ani pentru a demonstra. Și această călătorie este departe de a se încheia, mai sunt multe de făcut pentru a afla cât de des apar aceste vibrații asemănătoare tobei (atât aici, pe Pământ, cât și, potențial, pe alte planete) și care sunt consecințele lor asupra mediului nostru spațial.

Acest lucru ne va ajuta în cele din urmă să deslușim ce fel de ritm produce magnetosfera în timp. În calitate de fost DJ, abia aștept – îmi place un ritm bun.