Grazer Forscher lösen Weltraumrätsel
Im erdnahen Weltraum dreht sich alles um die Wechselwirkung der Sonnenwinde mit dem Erdmagnetfeld. Wie diese beiden Komponenten zusammenhängen, erforschten Wissenschaftler des Grazer Instituts für Weltraumforschung (IWF) und konnten damit eine lange ungelöste Frage klären.
Physikalischer Exkurs
Die Erde ist von einem Magnetschweif und einem Magnetfeld - der sogenannten Magnetosphäre - umgeben. Diese schirmt die Erdkugel vor geladenen Partikeln der Sonnenwinde ab. Dazu kommt die „magnetische Rekonnexion“ (Neuverbindung): Sie ist ein physikalisches Phänomen, bei dem sich die Struktur des Magnetfeldes abrupt ändert. Dieser Vorgang ist auch im Erdmagnetfeld zu beobachten: Dabei verbinden sich interplanetare Magnetfeldlinien mit jenen des Erdmagnetfelds, und Plasma (geladenes Teilchengemisch) kann in die Magnetosphäre eindringen.
APA/dpa-Zentralbild/Patrick Pleu
Polarlichter entstehen durch Eindringen von Plasma in das Erdmagnetfeld
Evgeny Panov und seine Kollegen vom IWF konnten nun nachweisen, dass diese Plasmajets das dipolare Magnetfeld in der inneren Magnetosphäre zum Schwingen bringen. So entstehen - einfach gesagt - auch die bekannten Polarlichter, denn ihre Helligkeit hat die gleiche Schwingungslänge wie die Magnetosphäre; außerdem kann es dadurch auch zu Störungen in der Satellitenkommunikation oder der Stromnetze kommen - das berichten die Forscher im Fachjournal „Nature Physics“.
Großer Erfolg für Forschung
Das Team rund um Panov analysierte nun anhand der Daten der NASA-Satelliten-Flotte „Themis“ Energieumwandlungsprozesse im Magnetschweif der Erde. IWF-Direktor Wolfgang Baumjohann erklärt dazu: „Wenn sich bei der Rekonnexion Magnetfelder verknüpfen, dann haben diese einen Knick und damit eine Spannung, ähnlich wie ein Gummiband. Wenn sich diese Spannung ausgleicht, schnappt das Magnetfeld sozusagen zurück und reißt dabei das Plasma mit - es entstehen schnelle Plasmajets“.
„Während im Magnetschweif die meiste Energie im Plasma steckt - in Form thermischer Energie und der hohen Geschwindigkeit des Plasmas - steckt in der inneren Magnetosphäre die meiste Energie im Magnetfeld, und bisher war unklar, wie diese beiden Bereiche aneinandergekoppelt sind“, so Baumjohann.
Zusammenarbeit von IWF und NASA
Die 2007 gestartete NASA-Mission „Themis“ besteht aus fünf Kleinsatelliten, die vor allem den Schweif der Erdmagnetosphäre erforschen. Das IWF hat nicht nur an der Erstellung des Missionskonzepts mitgearbeitet, sondern ist auch am Magnetometerexperiment und der wissenschaftlichen Datenauswertung beteiligt.