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Die Schwingungen des Erdmagnetfelds
Redaktion
/ Pressemitteilung des Institut für Weltraumforschung der ÖAW
astronews.com
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.
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."
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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