Skizze der verschiedenen Regionen in der Erdmagnetosphäre. klicken um zu vergrößern
Die Cluster-Raumschiffe der ESA befanden sich zur richtigen Zeit am richtigen Ort, als sie durch eine Region des Erdmagnetfelds flogen, die Elektronen auf ungefähr 1/100 der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Der Bereich wird als Elektronendiffusionsbereich bezeichnet; eine nur wenige Kilometer dicke Grenze zwischen dem Erdmagnetfeld und dem der Sonne. Im Laufe einer Stunde befanden sich die Raumschiffe in einem Elektronendiffusionsbereich, da der Sonnenwind diese Schicht hin und her bewegte.
Die Cluster-Satelliten der ESA sind durch Regionen des Erdmagnetfelds geflogen, die Elektronen auf etwa ein Hundertstel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Die Beobachtungen präsentieren Cluster-Wissenschaftlern ihre erste Entdeckung dieser Ereignisse und geben ihnen einen Einblick in die Details eines universellen Prozesses, der als magnetische Wiederverbindung bekannt ist.
Am 25. Januar 2005 befanden sich die vier Cluster-Raumschiffe zur richtigen Zeit am richtigen Ort: in einer als Elektronendiffusionsregion bekannten Raumregion. Es ist eine nur wenige Kilometer dicke Grenze, die sich in einer Höhe von etwa 60 000 Kilometern über der Erdoberfläche befindet. Es markiert die Grenze zwischen dem Erdmagnetfeld und dem der Sonne. Das Magnetfeld der Sonne wird von einem Wind aus elektrisch geladenen Teilchen, dem Sonnenwind, zur Erde getragen.
Ein Elektronendiffusionsbereich ist wie ein elektrischer Schalter. Wenn es umgedreht wird, verwendet es Energie, die in den Magnetfeldern der Sonne und der Erde gespeichert ist, um die elektrisch geladenen Teilchen in seiner Nähe auf große Geschwindigkeiten zu erwärmen. Auf diese Weise wird ein Prozess eingeleitet, der zur Entstehung der Aurora auf der Erde führen kann, bei der sich schnell bewegende geladene Teilchen mit atmosphärischen Atomen kollidieren und sie zum Leuchten bringen.
Die Elektronendiffusionsbereiche haben auch eine unheimlichere Seite. Die beschleunigten Teilchen können Satelliten beschädigen, indem sie mit ihnen kollidieren und elektrische Ladungen aufbauen. Diese schließen empfindliche Geräte kurz und zerstören sie.
Neunzehn Mal in einer Stunde befand sich das Cluster-Quartett in einer Elektronendiffusionsregion. Dies lag daran, dass der Sonnenwind die Grenzschicht aufwirbelte und sie hin und her bewegte. Jede Kreuzung des Elektronendiffusionsbereichs dauerte nur 10 bis 20 Millisekunden für jedes Raumfahrzeug, und dennoch war ein einzigartiges Instrument, bekannt als Electron Drift Instrument (EDI), schnell genug, um die beschleunigten Elektronen zu messen.
Die Beobachtung ist wichtig, da sie die bisher vollständigsten Messungen eines Elektronendiffusionsbereichs liefert. „Nicht einmal die besten Computer der Welt können Elektronendiffusionsregionen simulieren. Sie haben einfach nicht die Rechenleistung, um dies zu tun “, sagt Forrest Mozer von der University of California in Berkeley, der die Untersuchung der Clusterdaten leitete.
Die Daten bieten wertvolle Einblicke in den Prozess der magnetischen Wiederverbindung. Das Phänomen tritt im gesamten Universum auf vielen verschiedenen Skalen auf, überall dort, wo sich Magnetfelder verwickeln. In diesen komplexen Situationen kollabieren die Magnetfelder gelegentlich zu stabileren Konfigurationen. Dies ist die Wiederverbindung und setzt Energie durch Elektronendiffusionsbereiche frei. Auf der Sonne treibt eine magnetische Wiederverbindung die Sonneneruptionen an, die gelegentlich enorme Mengen an Energie über Sonnenflecken freisetzen.
Diese Arbeit kann auch einen wichtigen Einfluss auf die Lösung des Energiebedarfs auf der Erde haben. Kernphysiker, die versuchen, Fusionsgeneratoren zu bauen, versuchen, stabile Magnetfelder in ihren Reaktoren zu erzeugen, sind jedoch von Wiederverbindungsereignissen geplagt, die ihre Konfigurationen ruinieren. Wenn der Prozess der Wiederverbindung verstanden werden kann, werden möglicherweise Möglichkeiten zur Verhinderung in Kernreaktoren klar.
Das liegt aber noch in der Zukunft. „Wir müssen viel mehr Wissenschaft betreiben, bevor wir die Wiederverbindung vollständig verstehen“, sagt Mozer, dessen Ziel es nun ist, zu verstehen, welche Sonnenwindbedingungen die Wiederverbindungsereignisse und die damit verbundenen Elektronendiffusionsregionen auslösen, die von Cluster gesehen werden.
Ursprüngliche Quelle: ESA-Portal
