Rätselhafte Röntgenblitze in der oberen Atmosphäre

News: Rätselhafte Röntgenblitze in der oberen Atmosphäre

Bei einer Routineuntersuchung der Atmosphäre in rund 30 Kilometern Höhe zeichneten wissenschaftliche Geräte eine Reihe von extrem hochenergetischen Röntgenblitzen auf. Die Herkunft dieser Ausbrüche ist für die Wissenschaftler ein Rätsel.

Er war der erste von drei Ballonen, der letztes Jahr von Wissenschaftlern in den Himmel über Kiruna in Schweden geschickt wurde. An Bord waren verschiedene Instrumente, einschließlich zweier Röntgenstrahlen-Detektoren. Der 48-Stunden-Flug schien ereignislos zu verlaufen – das heißt, bis die Forscher anfingen, die Daten im Labor auszuwerten.

Was die drei Doktoranden – Kirsten Lorentzen von der University of Washington sowie Robin Millan und Jason Foat von der University of California in Berkeley – entdeckten, hat Wissenschaftler verzweifelt nach einer Erklärung suchen lassen: ein intensiver Strom von Röntgenstrahlen, aufgeteilt auf sieben kurz aufeinanderfolgende Ausbrüche, die sich über insgesamt eine halbe Stunde erstreckten. Der Ursprung der Strahlenausbrüche war ohne Zweifel die obere Erdatmosphäre, nicht der Weltraum.

„Die Quelle ist einfach noch nicht bekannt”, sagt Lorentzen, die gemeinsam mit Millan auf der Herbsttagung der American Geophysical Union mehrere Poster über diese Rätsel präsentierte. Er erklärt, daß hochenergetische Röntgenstrahlen in der Magnetosphäre, dem Magnetfeld, das die Erde umgibt, vorkommen. „Normalerweise dringen sie jedoch nicht in die Erdatmosphäre ein und sicherlich nicht in großen Ausbrüchen wie diesem.”

Lorentzen, Millan und Foat machten ihre Entdeckung, als sie an einer internationalen Studie, die von der Université Paul Sabatier in Toulouse organisiert wurde, teilnahmen. In deren Verlauf wurde das Nordlicht gleichzeitig mit Stratosphärenballons und mit Wissenschaftssatelliten untersucht.

Nordlichter werden hervorgerufen, wenn in mehr als 100 Kilometern Höhe Elektronen mit atmosphärischen Teilchen zusammenstoßen. Die Elektronen stammen aus dem näheren Weltraum und bewegen sich entlang der Magnetfeldlinien der Erde. Außer dem Nordlicht erzeugen die Elektronen auch einen Typus von Strahlung, der unter dem Namen Bremsstrahlung bekannt ist. Diese Strahlung kann nicht in die dicksten Schichten der unteren Erdatmosphäre eindringen, sie kann jedoch in einer Höhe von ungefähr 30 km von Ballons aus gemessen werden.

Letztes Jahr hatten die Ballone verschiedene Arten von Meßgeräten für Röntgenstrahlen, einschließlich einer Röntgenstrahlen-Kamera die von Lorentzen entwickelt wurde, sowie ein Germanium-Röntgenstrahlen-Spektrometer an Bord. Das Spektrometer maß die Energie der Röntgenstrahlen-Ausbrüche, während die Kamera Bilder des mysteriösen Ereignisses aufnahm.

Das Neue an dieser Entdeckung ist, sagt Lorentzen, daß die Röntgenstrahlen am Tage aufgenommen wurden und daß in höheren Schichten keine Aktivität wie Nordlichter zu verzeichnen war. Obwohl hochenergetische Röntgenstrahlen bereits zuvor in der Astrophysik beobachten wurden, erläutert sie, ist dies das erste Mal, daß Röntgenstrahlen mit einer derart hohen Energie – im Bereich von Mega-Elektronenvolts – entdeckt wurden, die ihren Ursprung in Erdnähe hatten.

Nach Lorentzens Angaben ist aus Satellitenbeobachtungen bekannt, daß hochenergetische Elektronen im Van-Allen-Strahlengürtel, der die Erde umgibt, gefangen werden. Es weiß jedoch niemand, wie sie in die Atmosphäre des Planeten eindringen könnten, um diese Art von Energie-Ausbrüchen zu erzeugen. „Dies ist ein wissenschaftliches Rätsel und ein äußerst schwieriges Problem”, sagt sie. „Wir verstehen den Mechanismus, der dieses Ereignis verursacht, noch nicht.”

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