Svenska instrument ska formationsflyga i rymden med Swarm-satelliterna

Swarm ska under sina planerade fyra år i rymden ge den bästa bilden någonsin av det jordmagnetiska fältet, och hur det förändras. Vi vet att bidrag till magnetfältet kommer från bland annat jordens kärna med flytande järn, från den steniga skorpan, från oceaner och sist, men icke minst, från rymden.

Satelliterna i den europeiska rymdorganisationen ESA:s Swarm-projekt kommer att mäta magnetfältet med mer än dubbelt så hög upplösning och precision som tidigare. Forskarna kan alltså mäta även små förändringar i magnetfältet och därmed studera hur olika källor bidrar till detta fält. Noggranna mästningar kräver också att satelliternas positioner bestäms exakt. Det i sin tur ger möjligheten att studera rymdens inflytande på den övre atmosfären, och tätheten, temperaturen och vindarna där.

Svenska rymdfysiker från Institutet för rymdfysik, IRF, i Uppsala bidrar med instrument som ska känna av satelliternas elektriska potential. Denna kan ändras snabbt, i synnerhet nära områden med norrsken.

– Norrskenet ger upphov till elektriska strömmar i norrskenszonerna, vilket laddar upp satelliter och stör Swarms instrument, säger Jan-Erik Wahlund på IRF i Uppsala. Detta visste det kanadensiska team vars instrument EFI ska mäta joner och de elektriska fälten i rymden. De behövde därför något som kan mäta hur joner påverkas av satellitpotentialen.

– Kanadensarna visste att de behövde en Langmuir-sond, säger Jan-Erik Wahlund. Så de kontaktade dem som de visste var bäst på det – oss!

Detta är inget tomt skryt från Jan-Erik Wahlunds sida. IRF har Langmuir-sonder på ESA:s och NASA:s Saturnuskretsare Cassini, på ESA:s kometjägare Rosetta, och kommer att sända med en på ESA:s och den japanska rymdorganisationen JAXA:s Merkurius-sond BepiColombo som planeras att skickas upp 2015. Ytterligare en sond utvecklas nu för JUICE, en mission till Jupiters isiga månar. För IRF blir Langmuir-sonden – eller sonderna, för det sitter en dubbel Langmuir-sond på varje satellit – ett sätt att slå två flugor med en smäll.

– Deras brus är vår signal, säger Stephan Buchert, forskare vid IRF. Tack vare mätningarna med Langmuir-sonder går det att korrigera Swarms mätningar och få en mycket bättre bild av magnetfältet, och vi får en bild av strömmarna i norrskenet.

Just strömmar i norrskenet ligger IRF varmt om hjärtat eftersom institutet som en av sina specialiteter har rymdväder, det vill säga rymdens och solens inverkan på jorden. Swarm är ESA:s första satellitprojekt som ska studera rymdväder.

– Vi såg det också som en möjlighet att ytterligare utveckla våra instrument. Det kan vi sedan även ha nytta av på missioner ut i solsystemet, säger Jan-Erik Wahlund.

Swarm består av en ”svärm” av tre satelliter. Två av dem går i parallella banor som ligger i början av missionen på 460 kilometers höjd, medan den tredje går i en egen bana på strax över 500 kilometers höjd. Anledningen till att ESA väljer att sända upp tre satelliter är för att kunna mäta förändringar över tiden och i rummets tre dimensioner. Alla tre satelliterna är identiska, knappa tio meter långa, och bär på samma instrument. IRF har följaktligen levererat tre instrumentpaket till projektet.

– Mätningar med flera satelliter i formationsflygning är en viktig del av den moderna rymdfysiken, säger Mats André vid IRF i Uppsala. Han är ansvarig för instrument på ESA:s fyra Cluster-satelliter som formationsflyger i högre banor runt jorden.

FAKTA
IRF:s Swarm-sida
ESA:s Swarm-blogg
ESA:s Swarm-sida
Forskningsprogrammet, Rymdplasmafysik, IRF-Uppsala