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Plasma Geschosse erzeugen Polarlichter

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Ducken Sie sich! Plasma Geschosse fliegen an der Erde vorbei.

Dies ist das Ergebnis der Forscher, welche Daten von NASAs fünf THEMIS Satelliten untersuchen. Die riesigen Geschosse, so sagen sie, werden durch Explosionen verursacht, die in einer Entfernung von etwa 1/3 der Mondentfernung stattfinden und wenn sie auf die Erde treffen -- wow. Die Einschläge verursachen farbenfrohe Ausbrüche von Polarlichtern, genannt "Substürme." 

"Wir haben herausgefunden, was die Polarlichter tanzen lässt", verkündet der Physiker Vassilis Angelopoulos, leitender Forscher der THEMIS Mission. Die Entdeckung erschien am 24. Juli online im Science Express und wird am 14. August im Magazin Science veröffentlicht.

Die THEMIS Flotte wurde im Februar 2007 gestartet, um das Geheimnis der Substürme zu lösen, welche mit ihren unvorhersehbaren Ausbrüchen von Licht und Farben, Beobachter lange Zeit verwirrten. Die Raumschiffe würden nicht nur Substürme aus der Ferne beobachten; sie würden in den Sturm eintauchen und mithilfe ihrer Sensoren Teilchen und Felder messen. Die Wissenschaftler der Mission hofften, das dieser in situ Ansatz es ihnen erlauben würde herauszufinden, was die Ursache für diese Substürme ist -- und sie hatten recht.

Die Entdeckung geschah an einem Tag, der ruhig begonnen hatte, dem 26. Februar 2008. Der arktische Himmel war dunkel und das Magnetfeld der Erde war ruhig. Hoch über dem Planeten hatten sich die fünf THEMIS Satelliten gerade in der Mitte vom Magnetoschweif der Erde, auf einer Linie angeordnet -- einem eine Million Kilometer langen Schweif aus Magnetismus, der durch den Sonnenwind in den Weltraum gezogen wird. 

Da geschah die Explosion. 

Ein wenig weiter als in der Mitte der THEMIS Linie, brach das Magnetfeld aus, "und setzte etwa 1015 Joule Energie frei", sagt  Angelopoulos. "Zum Vergleich: Das ist etwa soviel Energie, wie sie ein Erdbeben der Stärke 5 freisetzt." 

Obwohl die Explosion innerhalb des Erdmagnetfelds stattfand, war es eigentlich die Freisetzung von Energie der Sonne. Wenn der Sonnenwind das Erdmagnetfeld streckt, speichert er dort Energie. Dies geschieht auf die gleiche Art und Weise auf die Energie in einem Gummi gespeichert wird, dass man mit den Fingern lang zieht und wieder loslässt. Beugen Sie ihren Finger und -- zip! -- das Gummiband schnappt zurück zu Ihrem Daumen. Etwas Ähnliches passierte am 26. Februar 2008 im Magnetoschweif. Überstreckte Magnetfelder schnappten zurück und verursachten eine gewaltige Explosion. Dieser Vorgang wird "magnetische Wiederverbindung" genannt, und sie kommt in den meisten Magnetfeldern von Planeten und Sternen vor. 

Der Ausbruch startete zwei "Plasma Geschosse", riesige Wolken aus Protonen und Elektronen, eine in Richtung Erde, die andere von ihr weg. Die zur Erde ausgerichtete Wolke konnte in den unter ihr liegenden Planeten krachen und verursachte wunderschöne Polarlichter, die von mehr als 20 THEMIS Bodenstationen beobachtet werden konnten. Die entgegengesetzt fliegende Wolke entkam harmlos in den Weltraum.

Die THEMIS Satelliten waren für den Ausbruch perfekt positioniert. 

"Unsere Solar Pannels waren Zielscheiben", sagt der THEMIS Projektwissenschaftler David Sibeck von NASAs Goddard Space Flight Center. "Vier der Satelliten wurden von der Wolke getroffen, die in Richtung Erde flog, während der fünfte Satellit von der entgegengesetzt  fliegenden Wolke getroffen wurde." Einfache Geometrie zeigte, dass der Ausbruch zwischen dem 4. und 5. Satelliten stattgefunden haben muss, oder in einer Entfernung "von etwa einem Drittel in Richtung Mond."

Die Satelliten wurden nicht beschädigt. Plasma Geschosse sind  riesengroße, hauchdünne Strukturen, die weniger dicht sind, als ein sanfter Hauch der oberen Atmosphäre der Erde. Sie zischen vorbei und erlaubten es den THEMIS Instrumenten, die Teilchen und Felder der Wolken zu analysieren, ohne das die Satelliten großartig durchgeschüttelt wurden. 

Dieses friedliche Zusammentreffen auf einer kleinen Skala mit einem Raumschiff täuscht jedoch über die Energie hinweg, die im großen Maßstab auf einen Planeten wirkt. Die kugelförmigen Wolken sind halb so breit wie die Erde und 10 Mal so lang und reisen mit Geschwindigkeiten von hunderten km/s. Wenn solch eine Kugel einen Planeten trifft, rufen sie brillante Polarlichter und geomagnetische Stürme hervor.

"THMIS hat uns den gesamten Prozess zum ersten Mal in Aktion gezeigt -- von der magnetischen Wiederverbindung bis hin zu den Polarlichtern", sagt Sibeck. "Wir lösen so endlich das Rätsel der Substürme."

Die THEMIS Mission soll noch mehr als ein Jahr fortgesetzt werden und Angelopoulos erwartet, dass während dieser Zeit noch viel mehr Substürme eingefangen werden -- "Dutzende von ihnen", sagt er. "Dies gibt uns die Möglichkeit, die Plasma Geschosse noch genauer zu untersuchen, und herauszufinden, wie sie uns helfen können, das Weltraumwetter vorherzusagen." 

"THEMIS ist noch nicht fertig mit seinen Entdeckungen", glaubt Sibeck. "Das Beste kommt vielleicht erst noch."

Animationen

Quelle: Science(at)NASA

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