Wechselspiel von Sonnenwind und Erdmagnetfeld untersucht

Von der Sonne geht ein kontinuierlicher Partikelstrom aus, der auch gen Erde treibt. Dieser Sonnenwind gilt als Hauptursache für Polarlichter und kann den Funkkontakt zu Satelliten empfindlich stören. Was genau in dem Bereich geschieht, in dem die elektrisch geladenen Teilchen der Sonne auf das Erdmagnetfeld treffen, untersuchten Wissenschaftler nun mit einer Flotte aus vier Satelliten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, zeigt diese Grenzschicht – die sogenannte Magnetopause – eine verblüffend komplexe Struktur, verursacht durch das Wechselspiel von Magnetfeldern und geladenen Teilchen.

„Die Kopplung von Sonnenwind und Erdmagnetfeld ist vielleicht der wichtigste Prozess für das Weltraumwetter“, sagt Chris Russell von der University of California in Los Angeles. Um die Kopplung von Sonnenwind und Erdmagnetfeld genauer zu analysieren, startete die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA im Frühjahr 2015 die „Magnetospheric Multiscale Mission“. In einer Höhe von 70 000 bis 150 000 Kilometern sammeln vier Satelliten seitdem Messdaten am Rande der Magnetosphäre. In Formationsflügen variiert ihr Abstand zueinander etwa zwischen 10 und 400 Kilometern.

Russell konzentrierte sich gemeinsam mit seinen Kollegen auf Messungen der Magnetfelder aus den Jahren 2015 und 2016. Dank einer sehr hohen zeitlichen Auflösung im Millisekundenbereich entdeckte das Team verblüffende Details im Wechselspiel zwischen dem Erdmagnetfeld, den geladenen Teilchen des Sonnenwinds und dem durch diese Teilchen selbst erzeugten Magnetfeld. Abhängig von der Stärke des Sonnenwinds zeigte sich die Form der Magnetopause sehr dynamisch. Ströme aus Elektronen breiteten sich parallel und antiparallel entlang der Magnetfeldlinien aus. „Doch es gab auch Bereiche, in denen das Magnetfeld sehr schwach wurde und sich die Feldlinien sehr stark bogen“, erläutert Russell.

Die Daten liefern auch neue Hinweise auf die sogenannte magnetische Rekonnexion am Rande des Erdmagnetfelds. Bei diesem Prozess ändert sich in einem leitfähigen Plasma aus geladenen Teilchen die Struktur des wirkenden Magnetfelds abrupt und magnetische Energie wird in Form von Wärme auf die Teilchen übertragen. Erkenntnisse hierüber können unter anderem dabei helfen, Phänomene wie Polarlichter im Details besser zu erklären.

Zusätzlich zur noch laufenden Magnetospheric Multiscale Mission liefern auch die Satelliten der SWARM-Mission von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA wertvolle Daten. Nicht nur ein besseres Verständnis der Prozesse am Rande des Erdmagnetfelds stehen dabei im Mittelpunkt, sondern auch mögliche Warnungen vor Sonnenstürmen.