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News: Wohnortsuche nach kosmischen Gesichtspunkten

Sollte ihr Computer das nächste Mal einen Speicherfehler anzeigen, geben Sie nicht sich selbst oder der Hardware die Schuld. Nach neuen Erkenntnissen können Sie jetzt auch unwillkommene Besucher aus dem Weltall dafür verantwortlich machen: kosmische Höhenstrahlen. Doch wie wahrscheinlich Sie oder ihr Computer von solchen Teilchen getroffen werden, hängt ganz davon ab, in welcher Region der Erde Sie sich gerade aufhalten.
Jede Sekunde treffen etwa 100 000 Teilchen der kosmischen Höhenstrahlung auf jeden Quadratmeter der Erdatmosphäre. Sie stammen aus entfernten Teilen der Galaxie und könnten hier bisher ungeahnte Folgen hervorrufen. Einige dieser Teilchen sind anscheinend in der Lage, Daten in Computerchips zu löschen und kurze Störimpulse auszulösen. Diese Ereignisse kommen zwar nicht häufig vor, aber sie zeigen, daß kosmische Höhenstrahlung durchaus Einfluß auf das alltägliche Leben nehmen kann.

Die kosmische Höhenstrahlung muß auf ihrem Weg auf die Erde zunächst die schützende Ummantelung der Erdatmosphäre überwinden. Nur einige Teilchen sind energiereich genug, sie tätsächlich zu durchdringen. Stattdessen reagieren sie mit Stickstoff- und Sauerstoffatomen aus der oberen Atmosphäre und lösen so natürliche Kernreaktionen aus. Diese führen zu Kaskaden von Sekundärpartikeln, von denen einige radioaktiv sind und die als "Teilchenregen" auf die Erde niederprasseln. Die Abläufe in der Atmosphäre und die Strahlungsdichte hängt dabei von der Höhe über dem Meeresspiegel ab. Die Geschwindigkeit der kosmischen Strahlung ist in 15 Kilometern Höhe am größten. In niedrigeren Schichten absorbiert die Atmosphäre immer mehr der kosmischen Höhenstrahlung und ihrer Produkte.

James F. Ziegler von IBM Research in Yorktown Heights, New York, und seine Kollegen untersuchen seit 20 Jahren, wie kosmische Höhenstrahlung und andere Strahlungsarten die Leistungsfähigkeit von Computern beienflussen. In einem Artikel im IBM Journal of Research and Development zeigt Ziegler, wie die Intensität der kosmischen Höhenstrahlung auf der Erdoberfläche variiert. Er hat ein Verzeichnis der größten Städte der Welt angefertig – geordnet nach der Intensität der Strahlung.

Als Referenzgröße gibt Ziegler New York den Wert einer einzelnen Intensitätseinheit. Dies entspricht in etwa dem Durchschnitt. In Städten in Südasien wie Bombay, Kalkutta, Bangkok und Rangun ist eine nur halb so große Intensität zu finden. La Paz in den bolivianischen Anden dagegen leidet unter einem mehr als achtmal so hohem Strahlungseinfall.

Wie sind diese Unterschiede begründet? Zwei Faktoren scheinen wichtig zu sein. Wie schon erwähnt ist der erste die Höhe. Je höher ein Ort über dem Meeresspiegel liegt, desto dünner ist die schützende Atmosphäre dort. New York zum Beispiel liegt etwa auf Höhe des Meeresspiegels. Dort beträgt der atmosphärische Druck ungefähr 1030 mm Quecksilbersäule (Hg). Im höchgelegenen Denver dagegen (1625 Meter über dem Meeresspiegel) ist der Druck nur 852 mm Hg. Die kosmische Höhenstrahlung ist hier mehr als viermal intensiver als in New York. In dem in 3138 Metern Höhe befindlichen Leadville, Colorado, wurde sogar eine 13mal stärkere Intensität gemessen. Diese Ortschaft empfängt also auch mehr Strahlung als La Paz mit 3662 Metern über dem Meerespiegel. Hier kommt der zweite Faktor ins Spiel.

Die sogenannte "geomagnetische Festigkeit" (geomagnetic rigidity) bezeichnet die Mindestenergie, die ein Teilchen der kosmischen Höhenstrahlung besitzen muß, um an einem bestimmten Ort bis auf Höhe des Meeresspiegels zu gelangen. Dieser Wert hängt von der Geometrie des magnetischen Erdfeldes ab, das zusätzlich zur Atmosphäre einen entscheidenden Faktor für die Stärke der Strahlung auf dem Erdboden darstellt.

Da die Strahlungsteilchen häufig eine elektrische Ladung tragen (den Löwenanteil machen Protonen aus), können Geschwindigkeit und Winkel, mit denen sie das magnetische Feld der Erde durchdringen, sehr stark variieren. Die Partikel bewegen sich nicht senkrecht auf die Erdoberfläche zu, sondern sie schlagen eine Sinuskurve ein, mitten durch die zahlreichen Hindernisse der Magnetosphäre. Insgesamt gesehen ist für sie das Vorankommen nahe der magnetischen Pole einfacher als in niedrigeren Breitengraden. In der Nähe der Pole sind die magnetischen Feldlinien vertikal ausgerichtet, so daß ein Teilchen durch sie durchgleiten kann wie durch die aufrechten Fasern eines Teppichs. An den niedrigeren Breitengraden sind die Feldlinien dagegen horizontal – so prallen viele der Partikel ab, wenn sie nicht genug Energie besitzen, um sich hindurchzuzwängen.

Tendenziell sind tropische Regionen dazu geomagnetisch "fester" – widerstandsfähiger gegen Penetration – als gemischte oder polare Breiten. Dies erklärt dann auch die Diskrepanz zwischen La Paz und Leadville: Ein Teilchen, welches auf La Paz auftrifft, hat dazu sechseinhalbmal mehr Energie benötigt, als eines das Leadville errreicht. La Paz befindet sich in einem "festeren" Teil des Magnetfeldes, so daß trotz seiner hohen Lage weniger kosmische Höhenstrahlung einfällt als in Leadville.

Genauso erklärt es, wieso Bombay, Kalkutta, Bangkok und Rangun die Städte der Erde sind, die am wenigsten von solcher kosmischer Strahlung belästigt werden. Sie liegen sowohl auf Meeresspiegelhöhe als auch in einer Region, in der die geomagnetische Festigkeit weltweit am höchsten ist. Kein Wunder also, wenn mancher überlegt, Software in Indien produzieren zu lassen!

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