Die Cluster-Satelliten befinden sich am Rande der Magnetosphäre der Erde

Kalte Ionen hüllen die Erde ein

Uppsala (Schweden) – Die Atmosphäre der Erde gibt pro Sekunde rund ein Kilogramm kalter Ionen – also elektrisch geladener Atome – an das Weltall ab. Diese Ionen hüllen die Erde bis zu einer Entfernung von hunderttausend Kilometern ein und beeinflussen das Weltraumwetter. Das zeigen Messungen eines Satelliten der Europäischen Weltraumbehörde ESA, über die ein Forscher-Duo aus Schweden im Fachblatt „Geophysical Research Letters“ berichtet. Die Entdeckung kann auch neue Erkenntnisse darüber liefern, warum beispielsweise der Planet Mars seine Atmosphäre nahezu vollständig verloren hat.

„Je mehr wir nach kalten Ionen Ausschau halten, desto mehr finden wir“, sagt Mats Andre vom Schwedischen Institut für Weltraumforschung in Uppsala. „Wir wussten bislang nicht, wie viel davon es dort draußen gibt – es ist erheblich mehr als erwartet.“ Die von Andre und seinem Kollegen Christopher Cully nachgewiesenen Ionen stammen aus der oberen Atmosphäre der Erde. Dort entreißt von der Sonne kommende energiereiche Strahlung Molekülen und Atomen Elektronen. Die elektrisch geladenen Atome strömen dann ins All ab. „Kalt“ ist dabei ein relativer Begriff: Die Ionen besitzen immer noch eine Temperatur von rund 500.000 Grad. Doch damit sind sie erheblich kälter – oder energieärmer – als von der Sonne stammende Ionen.

Das Erdmagnetfeld ist durch den Sonnenwind verformt. Die Cluster-Satelliten bewegen sich im Erdmagnetfeld, um es zu vermessen.
Cluster und das Erdmagnetfeld

Andre und Cully haben die niederenergetischen Ionen durch Zufall entdeckt. Die Forscher arbeiteten mit einem Instrument an Bord eines Satelliten des europäisch-amerikanischen Cluster-Projekts, das mit vier baugleichen Raumfahrzeugen das Magnetfeld der Erde untersucht. Das von den beiden Forschern verwendete Gerät misst das elektrische Feld im Weltall, lieferte jedoch völlig unverständliche Daten. „Es sah ziemlich hässlich aus. Wir haben versucht herauszufinden, was mit dem Instrument falsch war“, so der Wissenschaftler. „Dann haben wir begriffen, dass es völlig in Ordnung ist.“ Ganz unerwartet waren die beiden Forscher auf die kalten Ionen gestoßen, die das elektrische Feld um den Satelliten verändern und so die zunächst unverständlichen Messdaten verursachen.

Die Entdeckung liefert den Forschern erstmals einen direkten Einblick in das Abströmen ionisierter Atome aus der Erdatmosphäre. Andre und Cully betonen, dass sich daraus auch Rückschlüsse auf ähnliche Prozesse bei anderen Himmelskörpern ziehen lassen könnten. So helfen die Ergebnisse möglicherweise dabei, die Frage zu beantworten, warum der Planet Mars seine einst dichte Atmosphäre verloren hat. Außerdem erhoffen sich die Forscher durch ihre Messungen eine Verbesserung der Vorhersage des Weltraumwetters. Denn die kalten Ionen beeinflussen die Wechselwirkung von Sonnenstürmen mit dem Magnetfeld der Erde. Sonnenstürme können Kommunikations- und Energieversorgungsnetze stören, die Gesundheit von Astronauten im All gefährden und Satelliten zerstören. Ohne eine genaue Kenntnis der Verteilung der kalten Ionen, so die Wissenschaftler, sei eine verlässliche Vorhersage des Weltraumwetters nicht möglich.