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CLUSTER
Was Plasma auf Touren bringt
von Stefan Deiters
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21. November 2007

Mit Hilfe von Daten der Cluster-Satelliten konnten Wissenschaftler nun nachweisen, dass durch solare Eruptionen im Erdmagnetfeld Bedingungen erzeugt werden können, in denen Partikel Katapult-artig auf Geschwindigkeiten von über 1.000 Kilometern pro Sekunde beschleunigt werden. Dieser Mechanismus unterscheidet sich von der schon bekannten sogenannten magnetischen Rekonnektion.

Cluster

Die vier Cluster-Satelliten liefern seit sieben Jahren wichtige Daten über das Weltraumwetter.  Bild: NASA / JPL-Caltech

Die Entdeckung gelang durch den Vergleich von Daten der vier Cluster-Sonden mit Computer-Simulationen der irdischen Magnetosphäre.  Während die Sonne ständig einen kleinen Teil ihrer Masse als Sonnenwind ins All bläst, kommt es gelegentlich zu gewaltigen sogenannten koronalen Massenauswürfen, bei denen bis zu zehn Milliarden Tonnen von Plasma, also geladenen Teilchen, ins Sonnensystem geblasen werden.

Viele dieser Eruptionen treffen die Erde nicht. Vor den meisten Partikeln, die uns doch erreichen, schützt uns dann das Erdmagnetfeld, das die Teilchen ablenkt. Zuweilen kommt es aber zu Polarlichtern und in seltenen Fällen können auch Satelliten oder elektronische Anlagen auf der Erde in Mitleidenschaft gezogen werden. Dies geschah vermutlich am 11. Januar 1997, als der 200 Millionen Dollar teure TV-Satellit Telstar 401 plötzlich den Dienst einstellte und auch nicht wieder reaktiviert werden konnten.

Für die Wissenschaftler ist es entscheidend das Zusammenspiel zwischen den elektrisch geladenen Teilchen von der Sonne und dem Erdmagnetfeld zu verstehen. So fragen sie sich zum Beispiel durch welche Vorgänge in der Magnetosphäre die Teilchen von der Sonne auf noch höhere Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Bislang nahm man an, dass dies durch sogenannte magnetische Rekonnektion geschieht, die auf Wechselwirkungen des Magnetfelds der ankommenden Partikel mit dem Erdmagnetfeld basiert.

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Doch offenbar geht es auch anders: Vor fast genau sechs Jahren, am 25. November 2001, wurde die Erde von den Teilchen einer koronalen Masseneruption getroffen. Die vier Cluster-Satelliten registrierten dabei, dass das Plasma auf Geschwindigkeiten von bis zu 1.040 Kilometer pro Sekunde beschleunigt worden war, während der Sonnenwind selbst nur eine Geschwindigkeit von 650 Kilometern pro Sekunde hatte. 

Solche Beschleunigungen waren für die Wissenschaftler nichts Besonderes und waren schon früher beobachtet worden. Ursache war bisher magnetische Rekonnektion. Doch vor sechs Jahre lag der Fall offenbar anders: Durch die Kombination der Cluster-Daten mit globalen Simulationen der Magnetosphäre der Erde stellten Wissenschaftler nun fest, dass die Beschleunigung durch besondere Bedingungen bewirkt werden kann, die durch  die meisten koronalen Massenauswürfe entstehen können.

"Wir haben eindeutige Beweise dafür, dass die von Cluster beobachtete starke Beschleunigung des Plasmas am 25. November 2001 nicht das Ergebnis von magnetischer Rekonnektion war, sondern sich durch Bedingungen erklärt, die durch den koronalen Massenauswurf entstanden sind", erläutert Benoit Lavraud vom amerikanischen Los Alamos National Laboratory, der die Studie leitete.

Dass es zu so schnellen Strömen von Plasma kommen kann, hat Auswirkungen auf die Wechselwirkungen zwischen Sonnenwind und Magnetosphäre. So könnte es beispielsweise zu besonders großen, spiralförmigen Polarlichtern kommen, wie sie erst in diesem Jahr von schwedischen Forschern beobachtet wurden. Zudem, so die Wissenschaftler, würde die Studie nicht nur deutlich machen, wie wichtig die Cluster-Daten für das Verständnis der Weltraumwetters sind, sondern auch, wie erhellend es sein kann, diese Daten mit den Ergebnissen von Simulationen des Erdmagnetfelds zu kombinieren.  

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Links im WWW
CLUSTER, Missionsseite der ESA
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