Das ESA-Quartett der Weltraumwetterbeobachter Cluster hat Wirbel aus ausgestoßenem Sonnenmaterial hoch über der Erde entdeckt. Die in diesen Strukturen eingeschlossenen überhitzten Gase tunneln wahrscheinlich ihren Weg in die magnetische Erdblase, die Magnetosphäre. Diese Entdeckung löst möglicherweise ein 17-jähriges Rätsel, wie die Magnetosphäre ständig mit elektrifizierten Gasen aufgefüllt wird, wenn sie als Barriere wirken soll.
Das Erdmagnetfeld ist die erste Verteidigungslinie unseres Planeten gegen das Bombardement des Sonnenwinds. Der Sonnenwind selbst wird von der Sonne gestartet und trägt das Magnetfeld der Sonne durch das Sonnensystem. Manchmal ist dieses Magnetfeld auf die Erde ausgerichtet und manchmal zeigt es in die entgegengesetzte Richtung.
Wenn die beiden Felder in entgegengesetzte Richtungen zeigen, verstehen Wissenschaftler, wie? Türen? im Erdfeld kann sich öffnen. Dieses Phänomen, das als "magnetische Wiederverbindung" bezeichnet wird, ermöglicht es dem Sonnenwind, in das als Grenzschicht bekannte Reservoir zu fließen und sich dort zu sammeln. Im Gegenteil, wenn die Felder ausgerichtet sind, sollten sie eine undurchdringliche Barriere für die Strömung darstellen. Raumfahrzeugmessungen der Grenzschicht aus dem Jahr 1987 stellen jedoch ein Rätsel dar, da sie deutlich zeigen, dass die Grenzschicht voller ist, wenn die Felder ausgerichtet sind, als wenn sie nicht ausgerichtet sind. Wie kommt der Sonnenwind herein?
Dank der Daten der vier formationsfliegenden Raumschiffe der Cluster-Mission der ESA haben Wissenschaftler einen Durchbruch erzielt. Am 20. November 2001 bewegte sich die Flottille des Clusters hinter der Erde herum und war gerade auf der Dämmerungsseite des Planeten angekommen, wo der Sonnenwind an der Erdmagnetosphäre vorbeigleitet. Dort begann es an der Magnetopause, dem äußeren Rand, auf gigantische Gaswirbel zu stoßen. der Magnetosphäre.
"Diese Wirbel waren wirklich riesige Strukturen mit einem Durchmesser von etwa sechs Erdradien." sagt Hiroshi Hasegawa vom Dartmouth College in New Hampshire, der die Daten mit Hilfe eines internationalen Team von Kollegen analysiert hat. Ihre Ergebnisse legen die Größe der Wirbel auf jeweils fast 40 000 Kilometer fest, und dies ist das erste Mal, dass solche Strukturen entdeckt wurden.
Diese Wirbel sind als Produkte von Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten (KHI) bekannt. Sie können auftreten, wenn zwei benachbarte Strömungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fahren, sodass eine an der anderen vorbeirutscht. Gute Beispiele für solche Instabilitäten sind die Wellen, die vom Wind über die Meeresoberfläche geschleudert werden. Obwohl zuvor KHI-Wellen beobachtet wurden, ist dies das erste Mal, dass Wirbel tatsächlich erfasst werden.
Wenn eine KHI-Welle in einen Wirbel rollt, wird sie als "Kelvin Cat's Eye" bekannt. Die von Cluster gesammelten Daten haben Dichteschwankungen des elektrifizierten Gases direkt an der Magnetopause gezeigt, genau wie diejenigen, die erwartet werden, wenn man durch ein "Kelvin-Katzenauge" reist.
Wissenschaftler hatten postuliert, dass diese Strukturen, wenn sie sich in der Magnetopause bilden würden, möglicherweise große Mengen des Sonnenwinds innerhalb der Grenzschicht ziehen könnten, wenn sie zusammenbrechen. Sobald die Sonnenwindpartikel in den inneren Teil der Magnetosphäre transportiert wurden, können sie stark angeregt werden, so dass sie in die Erdatmosphäre eindringen und die Auroren entstehen lassen.
Die Entdeckung des Clusters verstärkt dieses Szenario, zeigt jedoch nicht den genauen Mechanismus, durch den das Gas in die Erdmagnetblase transportiert wird. Daher wissen die Wissenschaftler immer noch nicht, ob dies der einzige Prozess ist, der die Grenzschicht auffüllt, wenn die Magnetfelder ausgerichtet sind. Für diese Messungen müssen die Wissenschaftler laut Hasegawa auf eine zukünftige Generation magnetosphärischer Satelliten warten.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
