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Neue Entdeckungen über Polarlichter

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NASA‘s Flotte von THEMIS Raumschiffen, die vor weniger als acht Monaten gestartet wurde, hat drei wichtige Entdeckungen über spektakuläre Ausbrüche von Polarlichtern, genannt “Sub-Stürme” und deren Energiequelle gemacht. Die Entdeckungen beinhalten riesige magnetische Bänder, welche die obere Atmosphäre der Erde mit der Sonne verbinden und Explosionen in den äußeren Bereichen des Magnetfelds der Erde.

"Die Mission steht am Anfang, aber überrascht uns jetzt schon”, sagt Vassilis Angelopoulos, der leitende Forscher der Mission an der University of California in Los Angeles.

Die Entdeckungen begannen im März, weniger als einen Monat nachdem die fünf THEMIS Satelliten aktiviert wurden. „Am 23. März 2007 brach ein Sub-Sturm über Alaska und Kanada aus und produzierte für mehr als zwei Stunden helle Polarlichter.” Ein Netzwerk von Kameras am Boden, die zur Unterstützung von THEMIS organisiert wurden, fotografierte das Geschehen von unten, während die Satelliten die Teilchen und Felder von oben maßen.

Der Sub-Sturm überraschte die Forscher sofort: „Die Polarlichter strömten zweimal schneller nach Westen, als irgendjemand dies erwartet hätte, und überquerten 15 Längengrade in weniger als einer Minute”, sagt Angelopoulos. Der Sturm überquerte in genau 60 Sekunden eine gesamte polare Zeitzone!

“Das Geschehen war auch überraschend schubweise." Fotografien von den Kameras am Boden und NASA‘s Polar Satelliten (der die THEMIS Mission ebenfalls unterstützt) enthüllten eine Serie von stakkato-artigen Ausbrüchen, von denen jeder etwa zehn Minuten andauerte. „Einige der Ausbrüche verebbten, während andere sich gegenseitig verstärkten und zu einem großen Ereignis wurden."

Wissenschaftler untersuchen und verfolgen Sub-Stürme seit mehr als einem Jahrhundert. Trotzdem waren diese Phänomene vor THEMIS zumeist unbekannt.

Noch eindrucksvoller war die Energie des Sub-Sturms. Angelopoulos schätzt die Gesamtenergie des zweistündigen Ereignisses auf 500.000 Milliarden (5 x 1014) Joules. Das entspricht in etwa der Energie eines Erdbebens der Stärke 5,5.

Woher kommt all diese Energie? THEMIS hat vielleicht eine Antwort darauf gefunden:

"Die Satelliten haben Hinweise auf magnetische Bänder gefunden, welche die obere Atmosphäre der Erde direkt mit der Sonne verbinden”, sagt Dave Sibeck, Wissenschaftler im Projekt am Goddard Space Flight Center. "Wir glauben, dass Teilchen des Sonnenwindes auf diesen Bändern einflogen und Energie für die geomagnetischen Stürme und Polarlichter lieferten."

Ein „magnetisches Band“ ist ein verdrehtes Bündel von Magnetfeldern, die ähnlich angeordnet sind wie das Tauwerk von Schiffseilen. Raumschiffe haben schon vorher Hinweise auf diese Bänder entdeckt, wobei ein einzelnes Raumschiff nicht in der Lage ist, ihre 3D Struktur aufzuzeigen. Die fünf THEMIS Satelliten konnten diese Aufgabe erledigen.

"THEMIS entdeckte das erste magnetische Band am 20. Mai 2007”, sagt Sibeck. "Es war sehr groß mit einem Durchmesser vom Doppelten der Erde und befand sich etwa 64.000 Kilometer oberhalb der Erdoberfläche, in einem Gebiet genannt Magnetopause“. Die Magentopause ist das Gebiet in dem sich das Magnetfeld der Erde und der Sonnenwind treffen und wie zwei Sumo Ringer gegeneinanderdrücken. Dort bildete sich das Band und löste sich nach einigen Minuten wieder auf. Es lieferte so einen kurzen, aber wichtigen Kanal für die Energie des Sonnenwindes. Weitere Bänder folgten kurz darauf: „Es sieht so aus, als ob sie ständig auftauchen“, sagt Sibeck.

THEMIS beobachtete auch eine Anzahl von relativ kleinen Explosionen im magnetischen Bug-Schock der Erde. „Der Bug-Schock ist wie die Bugwelle eines Bootes”, erklärt Sibeck. "Dort spürt der Sonnenwind als erstes den Einfluss des Magnetfeldes der Erde." Wenn ein magnetischer Knoten innerhalb des Sonnenwindes auf den Bug-Schock trifft – „Bang! -- haben wir eine Explosion”, sagt er.

Der technische Ausdruck für diese Explosionen ist "hot flow anomalies (heiß/warm fließende Anomalien)", oder HFAs. HFAs erhöhen die Temperatur von Teilchen im Sonnenwind um das Zehnfache (bis hinauf auf eine Temperatur von zehn Millionen Grad) und können den Sonnenwind völlig zum Stillstand bringen. „Dies ist eine echte Leistung, wenn man bedenkt, dass sich der Sonnenwind mit Überschallgeschwindigkeiten nahe von 1,6 Millionen Kilometern pro Stunde bewegt."

"HFAs spielen vielleicht keine große Rolle bei der Verstärkung von Sub-Stürmen – sie treten zu unregelmäßig, weniger als einmal am Tag auf”, bemerkt Jonathan Eastwood von der University of California, Berkeley, der sie untersucht. "Trotzdem sind sie von Interesse. Dies ist ein fundamentaler physikalischer Prozess, der Teilchen auf hohe Energien beschleunigt, und wir freuen uns darüber, in der Lage zu sein sie zu untersuchen."

Gewaltige Sub-Stürme, riesige magnetische Bänder, Explosionen, die den Sonnenwind stoppen: “Wir haben noch viel über all diese Dinge zu lernen”, sagt Angelopoulos. "Ich kann kaum erwarten was als nächstes kommt.”

Quelle: Science(at)NASA

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