Die vier MMS-Satelliten auf ihrem Weg am Rande des Erdmagnetfelds (künstlerische Illustration)

Wie magnetische Stürme entstehen

Treffen starke Sonnenwinde auf das Erdmagnetfeld, entstehen magnetische Stürme, die Kommunikationsnetze auf der Erde stören und sogar zu Stromausfällen führen können. Dieses Phänomen kollidierender Magnetfelder konnte nun eine internationale Forschergruppe mit vier Satelliten, die in 2500 bis 70 000 Kilometer Höhe die Erde umkreisen, erstmals genauer untersuchen. In der Fachzeitschrift „Science“ erläutern sie, welche elektronischen Effekte genau beim Kontakt zwischen zwei starken Magnetfeldern auftreten.

Modell des Aufeinandertreffens zweier Magnetfelder mit Markierung der magnetischen Rekonnexion, der Ursache für einen magnetischen Sturm
Magnetische Rekonnexion

„Bisher wussten wir nicht, was die Umwandlung von magnetischer Energie in Wärme und Bewegungsenergie kontrolliert“, sagt James Burch vom Southwest Research Institute in San Antonio. Erst mit den vier MMS-Satelliten, die die Erde am Rand des Erdmagnetfelds umkreisen, konnten er und seine Kollegen der Ursache für magnetische Stürme auf den Grund gehen. So durchflogen die vier Satelliten, jeweils in einem Abstand von nur zehn Kilometern, am 16. Oktober 2015 einen Bereich, in dem das Erdmagnetfeld auf das entgegengesetze Magnetfeld der Sonne traf. Dabei kam es zu einer magnetischen Rekonnexion, der theoretisch bereits vorhergesagten Ursache für einen magnetischen Sturm. Mit den Sensoren an Bord der Satelliten konnten die Forscher sich schnell bewegende Elektronen alle dreißig Millisekunden messen. Aus dieser Datenmenge ermittelten sie, dass die Verschmelzung von zwei Magnetfeldern tatsächlich die Energiequelle für die Beschleunigung der Elektronen bildete. Magnetische Energie wurde dabei in Bewegungsenergie der Elektronen umgewandelt.

„Mit diesen Messungen verstehen wir die fundamentale Physik der magnetischen Rekonnexion und können solche Ereignisse des Weltraumwetters besser analysieren“, sagt Jonathan Eastwood vom Imperial College London, der ebenfalls an dieser Mission beteiligt war. Die Ergebnisse der MMS-Mission könnten sogar Beiträge zur Kernfusionsforschung auf der Erde liefern. Denn in einem Fusionsreaktor treffen ebenfalls die heißen geladenen Teilchen eines Plasmas auf starke Magnetfelder. So könnte ein besseres Verständnis der magnetischen Rekonnexion zu einer Optimierung der Fusionsreaktoren führen.