Widerspenstiger Plasmaschweif

News: Widerspenstiger Plasmaschweif

Schon vor dreißig Jahren hatten Wissenschaftler vorausgesagt, dass die Erde der Sonne einen Plasmaschweif entgegenwerfen müsste. Man konnte ihn jedoch nie sehen, da es an geeignetem Beobachtungswerkzeug fehlte. Mit einer Sonde, die seit Anfang 2000 die Erde und deren Magnetosphäre beobachtet, gelang es nun aber, den Schweif sichtbar zu machen.

Thorsten Krome

Die Magnetosphäre ist der Bereich um einen Planeten, der von dessen Magnetfeld dominiert wird. In dieser Region befinden sich unzählige geladene Teilchen wie Ionen und Elektronen, aber auch neutrale Teilchen. Ein deratiger Schild schützt unsere Erde vor dem Bombardement des Sonnenwinds. Ohne den ständigen Strom an Teilchen von der Sonne, würde das Erdmagnetfeld gleichmäßig bis zu hundert Erdradien weit in alle Richtungen reichen. Der magnetische Druck der Teilchen presst es aber auf etwa fünfzehn Erdradien zusammen. Auf der sonnenabgewandten Seite erreicht es aber eine Ausdehnung von etwa tausend Erdradien und schließt damit auch den Mond ein.

Durch diese Größenverhältnisse war es bislang schwierig, die gesamte Magnetosphäre zu beobachten. Nun steht seit einiger Zeit den Wissenschaftlern der Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration (IMAGE) zur Verfügung, eine Sonde, die erstmals die vollständige Magnetosphäre abbilden kann.

"Wie die ersten Meteorologen, denen auch nur eine geringe Zahl von Messstationen zur Verfügung stand, hatten wir in der Zeit vor IMAGE ein unvollständiges und teilweise auch falsches Bild der Magnetosphäre, da wir immer nur einen Ausschnitt sahen", erklärt Thomas Moore vom Goddard Space Flight Center. "Nun zeigt uns IMAGE zum ersten Mal eine komplette Übersicht der geladenen Partikel in einem breiten Energiespektrum und auf einer Zeitskala von nur wenigen Minuten. Dadurch lässt sich selbst die Dynamik der Magnetosphäre genau verfolgen."

Die neuen Bilder zeigen nun eine schweifartige Struktur, die von der Erde aus in Richtung Sonne weist. Ein derartiges Verhalten hat man schon vor dreißig Jahren vorhergesagt, konnte es aber in bisherigen Missionen mit anderen Sonden nicht beobachten.

Wissenschaftler vermuten, dass es sich dabei um einen Plasmarückfluss handelt, der entsteht, nachdem der Sonnenwind die Magnetosphäre rammt und sie verzerrt. Das ist vergleichbar mit einem fallenden Regentropfen: Er zunächst einmal kugelförmig. Während er immer schneller fällt, verformt ihn der Luftwiderstand – Flüssigkeit vom Kopf des Tropfens wird an den Rand gedrückt. Die Oberflächenspannung verhindert aber, dass sich der Tropfen einfach auflöst, und so fließt teilweise Flüssigkeit wieder zurück in den Kopf des Tropfens.

Der Sonnenwind beeinflusst die Magnetosphäre ganz ähnlich. Er drückt Plasma nahe der Grenze der Magnetosphäre zunächst weg, das Magnetfeld hält es aber zusammen und ein Teil des Plasmas wird wieder Richtung Sonne beschleunigt. Während die Wissenschaftler diesen Schweif noch erwartet hatten, konnte IMAGE auch eine unerwartete Entdeckung machen: So sah die Sonde Stellen in der Plasmawolke der Erde, an denen sich überhaupt kein Plasma befand. Das Team nannte dieses Phänomen troughs – Mulden. Weitere Beobachtungen sollen klären, warum sich die Löcher bilden.