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Magnetohydrodynamik

Chaotische Strömung erzeugt Magnetfeld

Wie Wissenschaftler einer französischen Forschungskollaboration berichten, können nicht nur geordnete, sondern auch rein turbulente Strömungen in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit ein Magnetfeld hervorrufen [1]. Die Forscher beobachteten sogar einen Polwechsel, doch sind diese Ergebnisse noch nicht publiziert [2].

Schema der Turbinen
Schema der Turbinen | Schema und Fotografie des mit Natrium gefüllen Turbinenzylinders
In einem Zylinder brachten die Wissenschaftler 160 Liter flüssiges Natrium mittels zweier gegenläufiger Turbinen in chaotische Bewegung. Oberhalb einer kritischen Rotationsgeschwindigkeit von gut tausend Umdrehungen pro Minute entstand spontan ein Magnetfeld von vier Millitesla, etwa dem Hundertfachen des Erdmagnetfelds. Damit wurde erstmals nachgewiesen, dass auch bei extremen Turbulenzen der "Dynamoeffekt" auftritt: Bewegungen in der leitenden Flüssigkeit rufen elektrische Ströme hervor, die wiederum ein magnetisches Feld verursachen.

Dieser Effekt sorgt auch für die Entstehung des Erdmagnetfeldes: Im Erdinneren vermuten Forscher einen flüssigen Eisenkern, der durch Temperaturunterschiede und die Erdrotation in Bewegung gehalten wird. Eine getreue Computersimulation solcher Strömungen und der resultierenden Magnetfelder ist bislang unmöglich. Stattdessen wird ihr dynamisches Verhalten mit Hilfe von Experimenten untersucht.

Diese Versuche sollen helfen, bislang ungeklärte Effekte zu verstehen, wie etwa die Umpolung des Erdmagnetfeldes. Innerhalb von einigen tausend Jahren verschwindet dabei das Magnetfeld fast vollständig und bildet sich dann wieder mit vertauschtem Nord- und Südpol. Obwohl dieses Ereignis durchschnittlich alle 250 000 Jahre stattfindet, ereignete sich die letzte Umpolung bereits vor 780 000 Jahren und macht die nächste damit weit überfällig. Da das Magnetfeld seit Beginn der exakten Messungen vor etwa 170 Jahren um fast zehn Prozent abnahm, steht uns in den kommenden Jahrtausenden möglicherweise die nächste Umpolung bevor.

Ein ähnliches Experiment zum Studium von Magnetfeldern in weniger chaotischen Strömungen gelang bereits im Jahr 2000, ebenfalls unter Verwendung von Natrium. Als exzellenter elektrischer Leiter mit einer Schmelztemperatur von knapp unter hundert Grad Celsius und einer Dichte ähnlich der von Wasser eignet sich das Metall besonders gut für das Experiment. (vs)
30.01.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 30.01.2007

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