Dies ist das Konzept eines Künstlers des globalen Magnetfelds der Erde mit dem Bogenschock. Die Erde befindet sich in der Mitte des Bildes, umgeben von ihrem Magnetfeld, das durch violette Linien dargestellt wird. Der Bogenschock ist der blaue Halbmond rechts. Viele energetische Teilchen im Sonnenwind, dargestellt in Gold, werden vom magnetischen "Schild" der Erde abgelenkt.
(Bild: © Walt Feimer (HTSI) / NASA / Goddard Space Flight Center Konzeptionelles Bildlabor)
Der Sonnenwind strömt Plasma und Partikel von der Sonne in den Weltraum. Obwohl der Wind konstant ist, sind seine Eigenschaften nicht. Was verursacht diesen Strom und wie wirkt er sich auf die Erde aus?
Windiger Stern
Die Korona, die äußere Schicht der Sonne, erreicht Temperaturen von bis zu 1,1 Millionen Grad Celsius. Auf dieser Ebene kann die Schwerkraft der Sonne die sich schnell bewegenden Teilchen nicht festhalten und sie strömen vom Stern weg.
Die Aktivität der Sonne verschiebt sich im Laufe ihres 11-Jahres-Zyklus, wobei sich die Anzahl der Sonnenflecken, die Strahlungswerte und das ausgestoßene Material im Laufe der Zeit ändern. Diese Veränderungen beeinflussen die Eigenschaften des Sonnenwinds, einschließlich seines Magnetfelds, seiner Geschwindigkeit, seiner Temperatur und seiner Dichte. Der Wind unterscheidet sich auch je nachdem, woher die Sonne kommt und wie schnell sich dieser Teil dreht.
Die Geschwindigkeit des Sonnenwinds ist über koronalen Löchern höher und erreicht Geschwindigkeiten von bis zu 800 Kilometern pro Sekunde. Die Temperatur und Dichte über koronalen Löchern sind niedrig und das Magnetfeld ist schwach, so dass die Feldlinien für den Raum offen sind. Diese Löcher treten an den Polen und in niedrigen Breiten auf und erreichen ihren größten Wert, wenn die Aktivität auf der Sonne am geringsten ist. Die Temperaturen im schnellen Wind können bis zu 800.000 ° C erreichen.
Am koronalen Streamergürtel um den Äquator bewegt sich der Sonnenwind langsamer mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 km pro Sekunde. Die Temperaturen im langsamen Wind erreichen bis zu 1,6 Millionen ° C.
Die Sonne und ihre Atmosphäre bestehen aus Plasma, einer Mischung aus positiv und negativ geladenen Teilchen bei extrem hohen Temperaturen. Wenn das Material die Sonne verlässt und vom Sonnenwind getragen wird, wird es gasähnlicher.
"Wenn Sie sich weiter von der Sonne entfernen, sinkt die Magnetfeldstärke schneller als der Druck des Materials", sagte Craig DeForest, Sonnenphysiker am Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder, Colorado, in einer Erklärung. "Irgendwann wirkt das Material eher wie ein Gas und weniger wie ein magnetisch strukturiertes Plasma."
Die Erde beeinflussen
Wenn der Wind von der Sonne wegwandert, trägt er geladene Teilchen und magnetische Wolken. Ein Teil des Sonnenwinds, der in alle Richtungen abgegeben wird, schlägt ständig auf unseren Planeten ein, mit interessanten Effekten.
Wenn das vom Sonnenwind getragene Material die Oberfläche eines Planeten erreichen würde, würde seine Strahlung jedem existierenden Leben schweren Schaden zufügen. Das Erdmagnetfeld dient als Schutzschild und lenkt das Material um den Planeten herum, so dass es darüber hinaus strömt. Die Kraft des Windes streckt das Magnetfeld so aus, dass es auf der Sonnenseite nach innen geglättet und auf der Nachtseite ausgestreckt wird.
Manchmal spuckt die Sonne große Plasmastöße aus, die als koronale Massenauswürfe (CMEs) oder Sonnenstürme bekannt sind. CMEs, die während der aktiven Periode des Zyklus, die als Sonnenmaximum bekannt ist, häufiger auftreten, haben eine stärkere Wirkung als der Standard-Sonnenwind. [Fotos: Atemberaubende Fotos von Sonneneruptionen und Sonnenstürmen]
"Sonnenauswürfe sind die stärksten Treiber der Sonne-Erde-Verbindung", sagt die NASA auf ihrer Website für das Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO). "Trotz ihrer Bedeutung verstehen Wissenschaftler weder den Ursprung und die Entwicklung von CMEs noch ihre Struktur oder Ausdehnung im interplanetaren Raum vollständig." Die STEREO-Mission hofft, dies zu ändern.
Wenn der Sonnenwind CMEs und andere starke Strahlungsstöße in das Magnetfeld eines Planeten transportiert, kann dies dazu führen, dass das Magnetfeld auf der Rückseite zusammengedrückt wird. Dieser Vorgang wird als magnetische Wiederverbindung bezeichnet. Geladene Teilchen strömen dann zurück zu den Magnetpolen des Planeten und verursachen wunderschöne Anzeigen, die als Aurora Borealisin in der oberen Atmosphäre bekannt sind. [Fotos: Erstaunliche Auroren von 2012]
Obwohl einige Körper durch ein Magnetfeld abgeschirmt sind, fehlt anderen der Schutz. Der Mond der Erde hat nichts, um ihn zu schützen, also trägt er die volle Last. Merkur, der nächstgelegene Planet, hat ein Magnetfeld, das ihn vor dem normalen Standardwind schützt, aber es nimmt die volle Kraft stärkerer Ausbrüche wie CMEs auf.
Wenn die Ströme mit hoher und niedriger Geschwindigkeit miteinander interagieren, erzeugen sie dichte Regionen, die als co-rotierende Interaktionsregionen (CIRs) bezeichnet werden und geomagnetische Stürme auslösen, wenn sie mit der Erdatmosphäre interagieren.
Der Sonnenwind und die geladenen Teilchen, die er trägt, können die Satelliten der Erde und die Global Positioning Systems (GPS) beeinflussen. Leistungsstarke Bursts können Satelliten beschädigen oder GPS-Signale um mehrere zehn Meter ausschalten.
Der Sonnenwind zerzaust alle Planeten im Sonnensystem. Die New Horizons-Mission der NASA entdeckte sie weiterhin auf ihrer Reise zwischen Uranus und Pluto.
"Geschwindigkeit und Dichte bilden zusammen einen Durchschnitt, wenn der Sonnenwind nachlässt", sagte Heather Elliott, Weltraumwissenschaftlerin am SwRI in San Antonio, Texas, in einer Erklärung. "Aber der Wind wird auf seiner Reise immer noch durch Kompression erwärmt, sodass Sie auch im äußeren Sonnensystem Hinweise auf das Rotationsmuster der Sonne in der Temperatur sehen können.
Den Sonnenwind studieren
Wir kennen den Sonnenwind seit den 1950er Jahren, aber trotz seiner weitreichenden Auswirkungen auf die Erde und auf Astronauten wissen Wissenschaftler immer noch nicht, wie er sich entwickelt. Mehrere Missionen in den letzten Jahrzehnten haben versucht, dieses Rätsel zu erklären.
Die am 6. Oktober 1990 gestartete Ulysses-Mission der NASA untersuchte die Sonne in verschiedenen Breiten. Es wurden die verschiedenen Eigenschaften des Sonnenwinds über einen Zeitraum von mehr als einem Dutzend Jahren gemessen.
Der ACE-Satellit (Advanced Composition Explorer) umkreist einen der als Lagrange-Punkt bekannten Sonderpunkte zwischen Erde und Sonne. In diesem Bereich zieht die Schwerkraft von Sonne und Planet gleichermaßen und hält den Satelliten in einer stabilen Umlaufbahn. ACE wurde 1997 eingeführt und misst den Sonnenwind und liefert Echtzeitmessungen des konstanten Partikelflusses.
Die beiden Raumschiffe der NASA, STEREO-A und STEREO-B, untersuchen den Sonnenrand, um zu sehen, wie der Sonnenwind geboren wird. STEREO wurde im Oktober 2006 gestartet und bietet laut NASA "eine einzigartige und revolutionäre Sicht auf das Sonne-Erde-System".
Eine neue Mission hofft, Licht auf die Sonne und ihren Sonnenwind zu werfen. Die Parker Solar Probe der NASA, deren Start im Sommer 2018 geplant ist, soll "die Sonne berühren". Nach mehreren Jahren enger Umlaufbahn des Sterns taucht die Sonde zum ersten Mal in die Korona ein und verwendet eine Kombination aus Bildgebung und Messungen, um das Verständnis der Korona zu revolutionieren und das Verständnis für den Ursprung und die Entwicklung des Sonnenwinds zu verbessern.
"Parker Solar Probe wird Fragen zur Sonnenphysik beantworten, über die wir uns seit mehr als sechs Jahrzehnten Gedanken gemacht haben", sagte Nicola Fox, Wissenschaftlerin des Parker Solar Probe-Projekts des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University, in einer Erklärung. "Es ist ein Raumschiff voller technologischer Durchbrüche, das viele der größten Rätsel um unseren Stern lösen wird, einschließlich der Frage, warum die Korona der Sonne so viel heißer ist als ihre Oberfläche."
Zusätzliche Ressourcen
- Echtzeit-Sonnenwind (NOAA / Space Weather Prediction Center)
- 3-Tage-Vorhersage (NOAA / Space Weather Prediction Center)
- Wöchentliche Highlights und 27-Tage-Vorhersage (NOAA / Space Weather Prediction Center)
