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CLUSTER
Turbulentes Plasma im Fokus
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
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19. August 2016

Plasmen in Weltall stellen Forscher immer noch vor Rätsel. Sie spielen allerdings eine wichtige Rolle bei der Entstehung des sogenannten Weltraumwetters, das auch die Funktion von Satelliten beeinträchtigen kann. Die turbulenten Geschehnisse im Magnetfeld der Erde nehmen sich nun ukrainische, russische und deutsche Wissenschaftlerinnen gemeinsam vor - trotz aller politischer Turbulenzen.

Cluster

Künstlerische Darstellung der Cluster Satelliten und ihrer Flugbahnen (orange gepunktete Linie) zusammen mit Flugbahnen von Ionen (weiße/blaue Linien) in der Magnetosphäre. Die gelb und rot dargestellten Regionen deuten an, wie die Energie der Ionen zur Erde hin zunimmt.   Bild: MPS/E. Kronberg/P. Daly  [Großansicht]

Während die Beziehungen zwischen der Ukraine, Russland und Deutschland von Turbulenzen erschüttert werden, vereinen drei Wissenschaftlerinnen dieser Länder ihre Kräfte. Gemeinsam wollen sie untersuchen, wie turbulente elektromagnetische Felder im Weltall geladene Teilchen auf hohe Energien beschleunigen. Solche energetischen Teilchen können die Funktion von Kommunikations- und Navigationssatelliten beinträchtigen, und eine verlässliche Vorhersage dieser Ereignisse ist entscheidend, um die Schäden zu minimieren.

Die drei Gruppenleiterinnen starteten ihr Projekt vor kurzem mit einer Konferenz im Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen. Für ihr Projekt nutzen die Forscherinnen die umfassenden Daten der Cluster-Mission der europäischen Weltraumorganisation ESA, die Messungen des elektromagnetischen Feldes der Erde sowie geladener Teilchen liefert. Die VolkswagenStiftung fördert das Projekt für die nächsten zwei Jahre mit einer Gesamtsumme von 235.000 Euro.

Plasmen in Weltall stellen Forscher immer noch vor einige Rätsel. Ihre impulsiven Energieausbrüche stellen unser Verständnis darüber infrage, wie effizient sich unterschiedliche Energieformen im Plasma ineinander umwandeln lassen. Eine besonders wichtige Region, in der solche Ausbrüche vorkommen, liegt im sogenannten Magnetschweif der Erde. In dieser Region, die sich auf der sonnenabgewandten Seite der Erde befindet, ist das irdische Magnetfeld langgestreckt.

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Die magnetische Energie der Sonne sammelt sich dort an und wird dann explosionsartig freigegeben, was zu einer starken Erhitzung des Plasmas und zur Beschleunigung von Teilchen führt. Die Energien dieser Teilchen, die das Weltraumwetter in der Nähe der Erde beeinflussen, können dabei bis auf das Tausendfache ansteigen. Was aber für dieses effiziente Freisetzen von Energie verantwortlich ist, ist noch nicht genau bekannt. 

Plasma mit einer so geringen Dichte, wie sie im interplanetaren Raum vorkommt, kann in Laboratorien auf der Erde nicht nachgestellt werden. Die beste Art es zu untersuchen, ist daher mittels Beobachtungen von Raumsonden in der Magnetosphäre der Erde. Solche Beobachtungen werden von der ESA-Mission Cluster durchgeführt, die im Jahr 2000 gestartet wurde und aus einer Gruppe von vier Satelliten besteht.

An Bord dieser Satelliten befindet sich das Spektrometer RAPID, das unter Beteiligung des MPS entwickelt und gebaut wurde. Das RAPID Instrument ist ein Teilchendetektor, der es ermöglicht, verschiedene Ionen zu unterscheiden. Anhand dieser Daten werden die Wissenschaftler untersuchen, wie die Plasma-Zusammensetzung und die Verteilung der Partikelströme das Auftreten von explosiven Energiefreisetzungen beeinflussen.

"Das MPS bietet uns die einzigartige Möglichkeit, direkt mit Daten von RAPID zu arbeiten", erklärt Projektleiterin Elena Kronberg. Die Arbeit an den Beobachtungsdaten wird dann durch theoretische Berechnungen ergänzt. Dabei kommt die Erfahrung der anderen Gruppenleiterinnen - Dr. Liudmyla Kozak vom Space Research Institute in der Ukraine und Dr. Elena Grigorenko vom Weltraumforschungsinstitut der Russischen Akademie der Wissenschaften - ins Spiel.

"Wegen der turbulenten politischen Situation war es nicht einfach, dieses Projekt zum Leben zu erwecken", sagt Kronberg, die als Wissenschaftlerin am MPS arbeitet. "Aber das Bewältigen von Schwierigkeiten und das gemeinsame Interesse an der Plasmaphysik helfen uns, einander besser zu verstehen und neue wissenschaftliche Ideen auszuarbeiten", fügt sie hinzu.

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Links im WWW
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