Bildnachweis: NASA
Forscher haben herausgefunden, dass sich im Erdmagnetfeld vorübergehende Risse bilden können, durch die ein Teil der Energie des Sonnenwinds durch die Elektronik und Kommunikation gleiten und diese stören kann. Diese Beobachtungen wurden mit dem NASA-Satelliten Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration (IMAGE) gemacht, der mehrere Stunden lang eine große Aurora verfolgte. Die Cluster-Satelliten der ESA flogen über denselben Ort und entdeckten einen Ionenstrom, der durch einen Riss rutschte, der normalerweise von der Erdmagnetosphäre abgelenkt werden sollte.
Immense Risse im Erdmagnetfeld bleiben stundenlang offen, so dass der Sonnenwind nach neuen Beobachtungen der Satelliten IMAGE und Cluster stürmen und stürmisches Weltraumwetter antreiben kann.
Die Risse wurden bereits früher entdeckt, aber die Forscher wissen jetzt, dass sie über lange Zeiträume offen bleiben können, anstatt sich nur für sehr kurze Zeiträume zu öffnen und zu schließen. Diese neue Entdeckung darüber, wie der Magnetschild der Erde durchbrochen wird, soll Weltraumphysikern helfen, die Auswirkungen von schwerem Weltraumwetter besser abzuschätzen.
"Wir haben festgestellt, dass unser Magnetschild zugig ist, wie ein Haus mit offenem Fenster während eines Sturms", sagte Dr. Harald Frey von der University of California in Berkeley, Hauptautor eines Papiers zu dieser Forschung, das am 4. Dezember in Nature veröffentlicht wurde . „Das Haus lenkt den größten Teil des Sturms ab, aber die Couch ist ruiniert. In ähnlicher Weise nimmt unser magnetischer Schutzschild die Hauptlast der Weltraumstürme auf, aber ein Teil der Energie rutscht ständig durch seine Risse, manchmal genug, um Probleme mit Satelliten, Funkkommunikation und Stromversorgungssystemen zu verursachen. “
"Das neue Wissen, dass die Risse über lange Zeiträume geöffnet sind, anstatt sich sporadisch zu öffnen und zu schließen, kann in unsere Computermodelle zur Vorhersage des Weltraumwetters integriert werden, um genauer vorherzusagen, wie unser Weltraumwetter durch gewalttätige Ereignisse auf der Sonne beeinflusst wird", sagte Dr. Tai Phan, ebenfalls von UC Berkeley, Co-Autor des Nature-Papiers.
Der Sonnenwind ist ein Strom elektrisch geladener Teilchen (Elektronen und Ionen), die ständig von der Sonne geblasen werden (Bild 1). Der Sonnenwind überträgt Energie von der Sonne über die von ihm getragenen Magnetfelder und seine hohe Geschwindigkeit (Hunderte von Meilen / Kilometern pro Sekunde) auf die Erde. Bei heftigen Sonnenereignissen wie Coronal Mass Ejections (CMEs), bei denen eine Milliarde Tonnen elektrifiziertes Gas mit einer Geschwindigkeit von mehreren Millionen Meilen pro Stunde in den Weltraum geschossen werden kann, kann es böig werden.
Die Erde hat ein Magnetfeld, das sich über Zehntausende von Kilometern in den Weltraum erstreckt, den Planeten umgibt und eine Schutzbarriere für die Partikel und knurrenden Magnetfelder bildet, die die Sonne während CMEs auf sie zuwirbelt. Weltraumstürme, die 1.000 Milliarden Watt - mehr als die gesamte Stromerzeugungskapazität Amerikas - in das Erdmagnetfeld abgeben können, zeigten jedoch, dass der Schild nicht undurchdringlich war.
1961 sagte Dr. Jim Dungey vom Imperial College, Großbritannien, voraus, dass sich Risse im Magnetschild bilden könnten, wenn der Sonnenwind ein Magnetfeld enthielt, das in die entgegengesetzte Richtung zu einem Teil des Erdfeldes ausgerichtet war. In diesen Regionen würden sich die beiden Magnetfelder durch einen als "magnetische Wiederverbindung" bekannten Prozess verbinden und einen Riss in der Abschirmung bilden, durch den die elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwinds fließen könnten. (Bild 2 zeigt die Rissbildung, und Animation 1 zeigt, wie Sonnenwindpartikel durch den Riss fließen, indem sie unsichtbaren Magnetfeldlinien folgen.) 1979 entdeckte Dr. Goetz Paschmann vom Max-Planck-Institut für außerirdische Physik die Risse mit dem Raumschiff International Sun Earth Explorer (ISEE). Da dieses Raumschiff jedoch während seiner Umlaufbahn nur kurz durch die Risse fuhr, war nicht bekannt, ob es sich bei den Rissen um vorübergehende Merkmale handelte oder ob sie über lange Zeiträume stabil waren.
In den neuen Beobachtungen enthüllte der Satellit Imager für Magnetopause zu Aurora Global Exploration (IMAGE) ein Gebiet von fast der Größe Kaliforniens in der arktischen oberen Atmosphäre (Ionosphäre), in dem eine 75-Megawatt-Protonen-Aurora stundenlang aufflammte (Bild 4). Diese Aurora, die energisch genug war, um 75.000 Haushalte mit Strom zu versorgen, unterschied sich von der sichtbaren Aurora, die als Nord- und Südlicht bekannt ist. Es wurde durch schwere Partikel (Ionen) erzeugt, die auf die obere Atmosphäre treffen und ultraviolettes Licht emittieren, das für das menschliche Auge unsichtbar ist, aber mit dem Far Ultraviolet Imager auf IMAGE nachweisbar ist. (Bild 6 und Animation 4 zeigen IMAGEs Beobachtungen der Protonenaurora).
Während die Aurora von IMAGE aufgezeichnet wurde, flog die 4-Satelliten-Cluster-Konstellation weit über IMAGE direkt durch den Riss und entdeckte durchströmende Sonnenwindionen (Bild 5). Normalerweise würden diese Sonnenwindionen vom Erdschild abgelenkt (Bild 3), sodass die Beobachtung von Cluster zeigte, dass ein Riss vorhanden war. Dieser Strom von Sonnenwindionen bombardierte unsere Atmosphäre in genau derselben Region, in der IMAGE die Protonenaurora sah. Die Tatsache, dass IMAGE die Protonenaurora länger als 9 Stunden beobachten konnte, bis IMAGE in seiner Umlaufbahn dahin gelangte, wo es die Aurora nicht beobachten konnte, impliziert, dass der Riss kontinuierlich offen blieb. (Animation 2 zeigt, wie das Raumschiff zusammengearbeitet hat, um den Riss aufzudecken.) Ausgehend von den IMAGE- und Cluster-Daten war der Riss an der Grenze unseres Magnetschilds doppelt so groß wie die Erde, etwa 60.000 km über dem Planeten Oberfläche. Da das Magnetfeld beim Eintritt in die Erde in den Polarregionen konvergiert, verengte sich der Riss in der Nähe der oberen Atmosphäre auf etwa die Größe Kaliforniens.
IMAGE ist ein NASA-Satellit, der am 25. März 2000 gestartet wurde, um einen globalen Überblick über den Raum um die Erde zu erhalten, der vom Erdmagnetfeld beeinflusst wird. Die von der Europäischen Weltraumorganisation gebauten und am 16. Juli 2000 gestarteten Clustersatelliten erstellen eine dreidimensionale Karte des Erdmagnetfelds.
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung
