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THEMIS
Die Schwingungen des Erdmagnetfelds
Redaktion / Pressemitteilung des Institut für Weltraumforschung der ÖAW
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15. Februar 2019

Mithilfe von Daten der THEMIS-Sonden ist einem Forschungsteam erstmals der Nachweis von stehenden Wellen auf der Außenhaut des Erdmagnetfelds gelungen. Dieses schwingt offenbar wie eine Trommel. Die Existenz dieser Schwingungen war von Wissenschaftlern schon länger vermutet worden, der konkrete Nachweis gelang allerdings erst jetzt.

THEMIS

Künstlerische Darstellung der THEMIS-Sonden im Erdorbit. Bild: NASA [Großansicht]

 Die Dynamik des erdnahen Weltraums wird maßgeblich durch die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Erdmagnetfeld bestimmt. Der Sonnenwind ist ein Teilchenstrom, der ständig von der Sonne in den Weltraum entsandt wird. Das Erdmagnetfeld wirkt dabei als Hindernis, in das diese Teilchen nicht direkt eindringen können. Stattdessen entsteht eine scharfe Grenzschicht zwischen Sonnenwind und Erdmagnetosphäre.

Diese Grenzschicht, die "Außenhaut" des Erdmagnetfeldes, nennt man Magnetopause. Die Magnetopause ist hochdynamisch. Auf ihr können sich, wie auf einer Membran, Oberflächenwellen ausbreiten. Die damit einhergehenden Bewegungen haben auch Auswirkungen auf die innere Magnetosphäre, zum Beispiel in Form von geomagnetischen Pulsationen. Diese können auf der Erde mithilfe von Magnetfeldmessungen nachgewiesen werden. Auch in Radarbeobachtungen der Ionosphäre, einer elektrisch leitfähigen Schicht der Hochatmosphäre, sind sie deutlich sichtbar.

"Frühere Untersuchungen der Magnetopausen-Dynamik legten nahe, dass sich auf der sonnenzugewandten Seite auch sogenannte stehende Wellen ausbreiten können. Damit wäre es möglich, die Magnetopause zu Schwingungen mit ganz bestimmten Frequenzen anzuregen, wie die Saiten einer Gitarre oder die Membran einer Trommel", so Ferdinand Plaschke vom Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. "Die dafür nötige Verankerung der Magnetopause würde durch die Ionosphäre bewerkstelligt, die das Erdmagnetfeld festhält."

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Nun ist erstmals der Nachweis für die Existenz dieser stehenden Wellen gelungen. Dafür wurden Messungen der fünf THEMIS-Satelliten der NASA ausgewertet. Diese registrierten den Einschlag eines sogenannten "Hochgeschwindigkeits-Jets" aus Sonnenwindteilchen auf der Magnetopause. Durch seine hohe Geschwindigkeit wirkte der Jet wie ein Schlägel, der auf eine Trommelmembran trifft. Im Einklang mit theoretischen Vorhersagen, wurde die Magnetopause zu Schwingungen angeregt, die von THEMIS beobachtet werden konnten.

THEMIS steht für Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms. Die Mission besteht aus fünf Satelliten, die 2007 gestartet wurden. Sie sollte unter anderem die zahlreichen offenen Fragen im Zusammenhang mit dem Phänomen der Polarlichter beantworten und war auf zwei Jahre ausgelegt. 2011 wurden zwei Sonden in eine Mondumlauf gebracht, um unter dem Namen ARTEMIS (Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun) Messungen zu machen. Die übrigen drei THEMIS-Sonden führen noch Messungen im Erdorbit durch.

Über ihre Untersuchung berichtet das Team jetzt in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature Communications erschienen ist.

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siehe auch
THEMIS: Polarlicht-Satelliten liefern erste Daten - 28. Februar 2007
THEMIS: Polarlicht-Mission erfolgreich gestartet - 19. Februar 2007
THEMIS: Den Polarlichtern auf der Spur - 24. Januar 2007
Links im WWW
Fachartikel in Nature Communications
Institut für Weltraumforschung der ÖAW
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