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Warum der Himmel leuchtet#

Grazer Weltraumforscher klärten die komplexen Wechselwirkungen zwischen den Magnetfeldern der Erde und der Sonne auf.#


Von der Wiener Zeitung (Diensatg, 13. September 2016) freundlicherweise zur Verfügung gestellt.


Polarlichter
Polarlichter
© Foto: Nasa

Graz/Wien. (gral) Polarlichter bringen seit jeher die Menschheit zum Staunen. Sie können in einem faszinierenden Farbenspiel auf den beiden Magnetpolen der Erde zutage treten. Von grün über blau bis violett schimmern sie als Nordlicht (Aurora borealis) oder Südlicht (Aurora australis) in unterschiedlichen Helligkeitsschwankungen. Sie sind das Ergebnis einer komplexen Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld der Erde und jenem der Sonne. Wissenschafter des Grazer Instituts für Weltraumforschung (IWF) werfen nun Licht ins Dunkel dieser bisher ungelösten Zusammenhänge.

Sonnewinde als Ursache#

Demnach bringen sogenannte Plasmajets das irdische dipolare Magnetfeld in der inneren Magnetosphäre zum Schwingen, wie das Forscherteam um Evgeny Panov im Fachmagazin "Nature Physics" berichtet. Damit hängen letzten Endes auch die Schwankungen der Helligkeit des Polarlichts zusammen.

Ausgangspunkt dieser komplexen Vorgänge sind sogenannte magnetische Rekonnexionen. Dabei verbinden sich interplanetare Magnetfeldlinien mit jenen des Erdmagnetfelds und ein Teilchenstrom der Sonnenwinde (Plasma) kann in die Magnetosphäre eindringen. Diese Prozesse hat der Weltraumforscher Panov anhand von Daten der Nasa-Satelliten-Flotte Themis im Magnetschweif der Erde analysiert.

"Wenn sich bei der Rekonnexion Magnetfelder verknüpfen, dann haben diese einen Knick und damit eine Spannung, ähnlich wie ein Gummiband", erklärt IWF-Direktor Wolfgang Baumjohann. "Gleicht sich diese Spannung aus, schnappt das Magnetfeld sozusagen zurück und reißt dabei das Plasma mit. Es entstehen schnelle Plasmajets." Für diese Plasmajets wirkt das dipolare Magnetfeld in der Nähe der Erde als Hindernis, an dem der Teilchenstrom abprallt. Da die Grenzlinie allerdings flexibel ist, kommt es dabei zu magnetischen Schwingungen, was nicht nur zu den farbenprächtigen Polarlichtern führt, sondern in Folge auch die Satellitenkommunikation oder Stromnetze stören kann.

Energieschlucker#

Die Beobachtungen hätten gezeigt, dass diese oszillierenden Magnetfelder elektrische Ströme erzeugen. Diese werden durch Elektronen getragen, die entlang der magnetischen Feldlinien fließen, schreiben die Forscher in der Publikation. Stoßen diese Elektronen in den oberen Schichten der Erdatmosphäre - in rund 100 Kilometern Höhe - auf Atome, zeigen sich letztlich die Polarlichter. Eine Abschätzung der Energiebudgets hätte zudem gezeigt, dass die Polarlichter und die damit verbundenen Ströme die gesamte Schwingungsenergie schlucken.

Hauptsächlich treten diese Leuchterscheinungen (Meteore) in den Polarregionen auf. Je nach Sonnenaktivität können sie allerdings auch in den mittleren Breiten, also in Mitteleuropa, sichtbar werden. In Österreich war dies zuletzt im März 2015 der Fall, wo es zu einem ungewöhnlich heftigen Sonnensturm gekommen war.

Die im Jahr 2007 gestartete Nasa-Mission Themis besteht aus fünf Kleinsatelliten, die vor allem den Schweif der Erdmagnetosphäre erforschen. Das IWF, ein Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, hat dabei nicht nur an der Erstellung des Missionskonzepts mitgearbeitet, sondern ist auch am Magnetometerexperiment und der wissenschaftlichen Datenauswertung beteiligt.

Wiener Zeitung, Diensatg, 13. September 2016