News: Schnelle Vereinigung
Wenn sich entgegengesetzt gerichtete Magnetfeldlinien einander nähern, dehnen und verdrehen sie sich wie Gummibänder, bevor sie sich schließlich vereinen. Bei diesem Prozess der Rekonnexion werden große Energiemengen freigesetzt. Warum dies in Sekunden oder Minuten geschieht, war bisher rätselhaft.
© (Ausschnitt)
Seit vier Jahrzehnten stehen die Erforscher magnetischer Phänomene nun schon vor einem Rätsel, und es will ihnen einfach nicht gelingen, Theorie und Beobachtung in Einklang zu bringen. Dabei geht es um die Mechanismen, die etwa hinter den gigantischen Sonneneruptionen stecken oder den magnetischen Stürmen der irdischen Magnetosphäre.
Hier wie da sind die Phänomene Folge der so genannten Rekonnexion. Sie erfolgt, wenn sich entgegengesetzt gerichtete Magnetfeldlinien annähern, sich wie Gummibänder dehnen und verdrehen, um sich schließlich zu vereinigen. In der irdischen Magnetosphäre kann dies in rund 400 000 Kilometern Entfernung, auf der Nachtseite der Erde, geschehen, wenn die entgegengesetzt gerichteten Magnetfeldlinien von Sonne und Erde miteinander verschmelzen. Dabei werden innerhalb von Sekunden und Minuten hunderte von Kilometer pro Sekunde schnelle Plasmaströme - das sind Jets aus ionisierten Teilchen - erzeugt.
Und genau da liegt das Problem, denn die Theorie der magnetischen Rekonnexion besagt, dass die Energien über Jahre, ja sogar Jahrzehnte hinweg freigesetzt werden - auf keinen Fall aber binnen Sekunden und Minuten.
Mithilfe des Polar-Satelliten der NASA haben Forscher um James Drake von der University of Maryland nun womöglich des Rätsels Lösung gefunden. Jener Satellit zur Erforschung der Magnetosphäre hatte im Zuge solcher magnetischen Rekonnexionen intensive Elektronenströme gemessen, die ihrerseits das Plasma durcheinander wirbelten. Heftige Turbulenzen waren die Folge, wobei kilometergroße Bereiche ungewöhnlich niedriger Elektronendichte entstanden.
Diese "Elektronenlöcher" sind von starken elektrischen Feldern umgeben, an denen die Elektronen des Plasmas gestreut werden und dieses daraufhin erhitzen. Computersimulationen auf der Basis der Polar-Daten offenbarten schließlich, dass es diese im heißen Plasma gebundene Energie ist, die ausreicht, um die Rekonnexion derart schnell erfolgen zu lassen.
Die Forscher sind somit einem der letzten Rätsel eines astrophysikalisch fundamentalen Prozesses auf die Spur gekommen. Direkt zu beobachten ist die Rekonnexion nur in der Magnetosphäre - ihre Auswirkungen sind es indes auch auf der Erdoberfläche; etwa, wenn die magnetischen Turbulenzen den Himmel mit Polarlichtern erleuchten oder in Extremfällen die Stromversorgung von Großstädten lahmlegen.
Hier wie da sind die Phänomene Folge der so genannten Rekonnexion. Sie erfolgt, wenn sich entgegengesetzt gerichtete Magnetfeldlinien annähern, sich wie Gummibänder dehnen und verdrehen, um sich schließlich zu vereinigen. In der irdischen Magnetosphäre kann dies in rund 400 000 Kilometern Entfernung, auf der Nachtseite der Erde, geschehen, wenn die entgegengesetzt gerichteten Magnetfeldlinien von Sonne und Erde miteinander verschmelzen. Dabei werden innerhalb von Sekunden und Minuten hunderte von Kilometer pro Sekunde schnelle Plasmaströme - das sind Jets aus ionisierten Teilchen - erzeugt.
Und genau da liegt das Problem, denn die Theorie der magnetischen Rekonnexion besagt, dass die Energien über Jahre, ja sogar Jahrzehnte hinweg freigesetzt werden - auf keinen Fall aber binnen Sekunden und Minuten.
Mithilfe des Polar-Satelliten der NASA haben Forscher um James Drake von der University of Maryland nun womöglich des Rätsels Lösung gefunden. Jener Satellit zur Erforschung der Magnetosphäre hatte im Zuge solcher magnetischen Rekonnexionen intensive Elektronenströme gemessen, die ihrerseits das Plasma durcheinander wirbelten. Heftige Turbulenzen waren die Folge, wobei kilometergroße Bereiche ungewöhnlich niedriger Elektronendichte entstanden.
Diese "Elektronenlöcher" sind von starken elektrischen Feldern umgeben, an denen die Elektronen des Plasmas gestreut werden und dieses daraufhin erhitzen. Computersimulationen auf der Basis der Polar-Daten offenbarten schließlich, dass es diese im heißen Plasma gebundene Energie ist, die ausreicht, um die Rekonnexion derart schnell erfolgen zu lassen.
Die Forscher sind somit einem der letzten Rätsel eines astrophysikalisch fundamentalen Prozesses auf die Spur gekommen. Direkt zu beobachten ist die Rekonnexion nur in der Magnetosphäre - ihre Auswirkungen sind es indes auch auf der Erdoberfläche; etwa, wenn die magnetischen Turbulenzen den Himmel mit Polarlichtern erleuchten oder in Extremfällen die Stromversorgung von Großstädten lahmlegen.
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