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CLUSTER
Brechende Stoßwelle bestätigt alte Theorie
von Stefan Deiters
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15. Mai 2007

Das Sonden-Quartett Cluster war vor einigen Jahren zur richtigen Zeit am richtigen Ort: Die Sonden registrierten eine sich brechende und neu ordnende Stoßwelle. Die beobachtete Welle entsteht auf der der Sonne zugewandten Seite der Erde, wo das Erdmagnetfeld eine natürliche Barriere gegen den Partikelstrom der Sonne bildet. Der Fund dürfte auch Auswirkungen auf die Analyse von Beobachtungen anderer astronomischer Objekte haben.

Stoßwelle

Der Sonnenwind aus geladenen Partikeln (von links) wird durch das Erdmagnetfeld (blau) abgelenkt. Die Erde (Mitte, Pfeil) ist geschützt. In Richtung Sonne bildet sich eine Stoßwelle aus (Pfeil unten). Bild: ESA

Es geschah am 24. Januar 2001: Die vier identischen Cluster-Sonden flogen in Formation mit einem Abstand von 600 Kilometern in einer Höhe von rund 105.000 Kilometern. So näherten sie sich einer ganz besonderen - und für unsere Existenz äußerst wichtigen - Region: dem Bereich, wo die geladenen Teilchen des Sonnenwindes auf das Erdmagnetfeld treffen und von diesem um die Erde herum abgelenkt werden. Ähnlich wie bei einem Schiff, das durchs Wasser fährt, bildet sich auch bei der Erde eine Art Bugwelle aus. Diese Stoßwelle liegt auf der der Sonne zugewandten Seite und umgibt die Erde bogenförmig.

Wegen des geringen Abstands von nur 600 Kilometern zwischen den einzelnen Sonden hatten die Wissenschaftler auf der Erde eigentlich erwartet, dass alle Sonden in etwa die gleichen Daten über die Stoßwellen-Region zur Erde funken würden. Doch es kam anders: Die Messwerte widersprachen sich teilweise und es gab große Schwankungen bei den elektrischen und magnetischen Feldern in der Umgebung der Sonden. Außerdem meldeten die Sonden eine unterschiedliche Rate von Partikeln, die durch die Stoßwelle wieder zurück zur Sonne reflektiert wurden.

"Was wir aus den Daten der Sonden aus drei verschiedenen Experimenten herauslesen konnten, war der erste überzeugende Beweis für eine Theorie über Stoßwellen, die vorhersagt, dass sich diese neu ordnen können", erläutert Vasili Lobzin vom Centre National de la Recherche Scientifique im französischen Orléans, der die Forschungen leitete und jetzt auch einen Fachartikel zum Thema veröffentlicht hat. Sein Kollege, Vladimir Krasnoselskikh, der auch an dem Projekt beteiligt war, hatte dieses Modell bereits im Jahr 1985 entwickelt. Es ähnelt ein wenig den Vorgängen am Meeresstrand, wo sich hohe Wellenberge bilden, die dann am Strand brechen, um sich schließlich weiter draußen erneut zu bilden.

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Die Entdeckung hat nicht nur Auswirkungen auf das Verständnis des Schutzschildes der Erde: Stoßwellen, wie sie sich bei der Erde beobachten lassen, finden sich bei vielen astronomischen Objekten, etwa bei explodierenden Sternen oder jungen Sonnen mit heftigem Sternenwind. Sich neu ordnende Stoßwellen können außerdem Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigen und ins All schleudern.

Rund um die Erde herrschen wohl nur sehr selten Bedingungen, die eine Umordnung der Stoßwellen ermöglichen, bei anderen Objekten ist das allerdings anders: "Unter astrophysikalischen Gegebenheiten sind die Bedingungen, die für eine Stoßwelle vorhanden sein müssen, um zu brechen und sich neu zu ordnen fast immer gegeben", so Krasnoselskikh. Die Cluster-Messungen seien daher eine einmalige Gelegenheit, weit entfernte astrophysikalische Prozesse vor der eigenen Haustür zu studieren.

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siehe auch
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Links im WWW
CLUSTER, Missionsseite der ESA
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