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Sonnenstürme sind gigantische Wolken elektrisch geladener Sonnenteilchen © APA (AFP/NASA)
Sonnenstürme sind gigantische Wolken elektrisch geladener Sonnenteilchen © APA (AFP/NASA)

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Forscher machen Auftreffen des Sonnensturms in Erdatmosphäre hörbar

21.11.2019

Diese Meldung ist Teil einer wöchentlichen Zusammenfassung für den APA-Science-Newsletter Nr. 42/2019 und nicht zwingend tagesaktuell

Vier Satelliten der "Cluster"-Mission der ESA wurden vor rund 20 Jahren losgeschickt, um die magnetische "Blase" der Erde und die Interaktion mit dem Sonnenwind zu erkunden. Nun haben Forscher - unter Beteiligung des Grazer IWF der Österreichischen Akademie der Wissenschaften erstmals hörbar gemacht, wie es klingt, wenn der Sonnensturm auf das magnetische Schutzschild der Erde trifft.

Sonnenstürme, gigantische Wolken elektrisch geladener Sonnenteilchen, die mit hoher Geschwindigkeit über die Erde hinwegfegen, sind eine ernste Gefahr für die technisierte Gesellschaft. Seit erkannt wurde, wie sehr Kommunikations- und Navigationssysteme und Energienetze durch sie gefährdet werden können, gewinnt die Erforschung ihrer Entstehung und das Zusammenspiel mit dem Magnetfeld der Erde an Bedeutung.

Die im Jahr 2000 ausgesandten vier Satelliten der ESA-Mission "Cluster" fliegen durch die interessantesten Gebiete des erdnahen Weltraums: den vom Magnetfeld der Erde dominierten Bereich (die Magnetosphäre), aber auch Regionen des Sonnenwindes und die Grenzschichten zwischen diesen Gebieten. Mithilfe der gemessenen Daten untersuchen die Forscher die Wechselwirkungen zwischen den Sonnenwinden und -stürmen und dem Magnetfeld der Erde und wollen verstehen, wie der magnetische Schutzschirm der Erde funktioniert - und sie stoßen noch immer auf Überraschungen.

Foreshock: Wo die ersten Auswirkungen beobachtet werden können

Wie das Institut für Weltraumforschung (IWF) in Graz mitteilte, konzentrierte sich die jüngste Auswertung, die die Universität Helsinki in Kooperation mit dem IWF durchgeführt hat, auf den sogenannten Foreshock. Das ist die Region im erdnahen Weltraum, in der die ersten Auswirkungen der Interaktion zwischen den Sonnenwindteilchen und der Erde beobachtet werden können. Sechs solcher Kollisionen aus den Jahren 2001 bis 2005 wurden ausgewertet.

Wie sich zeigte, werden im Foreshock während eines Sonnensturms weit komplexere magnetische Wellen freigesetzt, als bisher angenommen: "Unsere Studie zeigt, dass Sonnenstürme die Foreshock-Region sehr stärk verändern", wurde Erstautorin Lucile Turc von der Universität Helsinki zitiert. Die ersten Rohdaten der Wellen, die durch die Kollision des Sturms im Erdmagnetfeld erzeugt wurden, irritierten die Forscher: "Die Wellen waren so anders als wir es in dieser Region gewohnt sind, dass ich von einem neuen Wellentyp ausgegangen bin", schilderte die ehemalige ESA-Mitarbeiterin. Sie habe daraufhin das IWF kontaktiert. Das Grazer Institut hatte Teile der Magnetfeldmessgeräte für die Mission gebaut.

"Durch unterschiedliche Analysetechniken konnten wir die dreidimensionale Ausbreitung der Wellen beobachten", erläuterte Co-Autor Owen W. Roberts vom IWF. Aus dem Zeitpunkt, an dem die einzelnen Wellen in den vier Magnetometerdaten erscheinen, ließ sich ihre Bewegungsrichtung ableiten. Die Analyse bestätigte, dass sich die Wellen von der Erde rückwärts Richtung Sonne bewegen, was mit den numerischen Simulationen aus Helsinki übereinstimmte.

Es klingt wie Science-Fiction

Als das Team die Frequenz der magnetischen Wellen in Audiosignale umwandelte und somit für das menschliche Ohr hörbar machte, war eine unheimliche Melodie, die an einen Science-Fiction-Film erinnert, zu hören, schilderten die Forscher. Bei ruhigem Weltraumwetter würden die Töne tiefer und weniger komplex klingen und eine gewisse Frequenz dominieren, erläuterten die Forscher. Trifft ein Sonnensturm die Erde, wird - abhängig von der Stärke des Magnetfeldes im Sturm - die Frequenz der Welle nahezu verdoppelt.

Die Forscher gehen davon aus, dass dieser Prozess beeinflusst, wie schnell sich der Sonnensturm in Richtung Erdoberfläche ausbreitet. Obwohl es noch eine offene Frage ist, wie dieser Prozess genau abläuft, habe sich gezeigt, dass die Energie der Foreshock-Wellen nicht zurück in den Weltraum fließen kann, weil die Wellen von den einströmenden Sonnenwindteilchen in Richtung Erde gedrückt werden. Die Forscher wollen den komplexen Prozess noch genauer unter die Lupe nehmen. "Es ist großartig, dass Cluster auch noch 20 Jahre nach dem Start neue Erkenntnisse liefert", freute sich IWF-Direktor Wolfgang Baumjohann.

Service: L. Turc, O.W. Roberts, et al.: "First observations of the disruption of the Earth's foreshock wave field during magnetic clouds", Geophysical Research Letters, doi:10.1029/2019GL084437, 2019.

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