Schutzschild der Erde wird untersucht

Gewaltige Sonnenwinde können das Leben auf der Erde beeinträchtigen. Wie, das erforschen die Grazer Weltraumforscher.

Bei starken Explosionen auf der Sonnenoberfläche werden große Mengen an energiereichen, geladenen Teilchen frei. Für das irdische Leben dient die Magnetosphäre der Erde als Schutzschild. Forscher des Grazer Weltrauminstituts (IWF) haben untersucht, wie durch den Vorgang der magnetischen Rekonnexion manche der hochenergetischen Elektronen durch die Schutzhülle hindurchschlüpfen können.

Planeten, die wie die Erde ein eigenes Magnetfeld besitzen, bilden unter der Einwirkung des Sonnenwindes auch eine Magnetosphäre aus. Sie funktioniert wie ein Schutzschild für den Planeten. Seit zwei Jahren sind Satelliten der NASA im All unterwegs, um die Magnetosphäre der Erde zu untersuchen. Dabei liefern die vier identischen Satelliten laufend neue Erkenntnisse zu dieser Schutzhülle und den Prozessen, die darin ablaufen.

Im Zentrum des Forscherinteresses steht die magnetischen Rekonnexion. Das ist ein physikalisches Phänomen, bei dem sich die Struktur eines Magnetfelds abrupt ändert und dabei große Energiemengen freigesetzt werden. Vermutlich ist dieser Vorgang unter anderem für Sonneneruptionen verantwortlich. „Wir wollen dieses explosive Ereignis, bei dem Elektronen aus dem Sonnenwind in die Magnetosphäre geschleudert werden, besser verstehen“, erklärte IWFForscher Takuma Nakamura. Das internationale Team unter der Leitung des Weltrauminstituts der Österreichischen Akademie der Wissenschaften hat jetzt die Daten für Computersimulationen verwendet.

Die magnetische Grenzschicht zwischen Magnetosphäre und Sonnenwind wird Magnetopause genannt. Sie begrenzt das Erdmagnetfeld und lenkt den Sonnenwind um. Wenn sich das Plasma außerhalb und innerhalb der Magnetopause verschieden schnell bewegt, entstehen riesige Wirbel, die brechenden Meereswellen gleichen, wie das Forscherteam feststellte.

Darüber hinaus wird die verwirbelte Grenzschicht zusammengedrückt und es bilden sich richtiggehend kleine Tornados. Dadurch entstehen nicht nur Polarlichter, sondern es kann auch zu Störungen der Satellitenkommunikation oder von Stromnetzen kommen.

„Wir konnten zeigen, dass diese Tornados, die über 200 Kilometer lang und 100 bis 150 Kilometer breit waren, sehr erfolgreich Elektronen einschleusen“, erklärte Erstautor Nakamura.

Das Grazer Weltrauminstitut hat einige Aufgaben im Forschungsprogramm übernommen und wirkt auch bei der Datenauswertung mit.

Tornados mit einer Länge von 200 Kilometern