Wenn der Sonnenwind auf das Erdmagnetfeld trifft

Los Angeles (USA) - Mit Überschallgeschwindigkeit treffen geladene Teilchen von der Sonne auf das Erdmagnetfeld. Dieser Sonnenwind gilt als Hauptursache für Polarlichter und kann den Funkkontakt zu Satelliten empfindlich stören. Was genau geschieht, wenn das Plasma des Sonnenwinds auf das Erdmagnetfeld trifft, ermittelten nun amerikanische Wissenschaftler mit einer Flotte aus vier Satelliten. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, zeigt diese Grenzschicht der so genannten Magnetopause eine verblüffend komplexe, dynamische Struktur, verursacht durch das Wechselspiel von Magnetfeldern und geladenen Teilchen.

„Die Kopplung von Sonnenwind und Erdmagnetfeld ist vielleicht der wichtigste Prozess für das Weltraumwetter“, sagt Chris Russell von der Arbeitsgruppe Earth Planetary and Space Sciences an der University of California in Los Angeles. Um diesen genauer zu analysieren, startete die amerikanische Raumfahrtagentur Nasa im Frühjahr 2015 die Magnetospheric Multiscale Mission (MMS). Vier Satelliten sammeln seitdem in 70.000 bis 150.000 Kilometer Höhe Messdaten am Rande der Magnetosphäre. In Formationsflügen variiert ihr Abstand zueinander etwa zwischen 10 und 400 Kilometern.

Russell konzentrierte sich gemeinsam mit seinen Kollegen auf Messungen der Magnetfelder aus den Jahren 2015 und 2016. Dank einer sehr hohen zeitlichen Auflösung im Millisekundenbereich entdeckten sie verblüffende Details im Wechselspiel zwischen dem Erdmagnetfeld, den geladenen Teilchen des Sonnenwinds und das durch dieses Plasma selbst erzeugte Magnetfeld. Abhängig von der Stärke des Sonnenwinds zeigte sich die Grenzschicht der Magnetopause sehr dynamisch. Ströme von Elektronen breiteten sich parallel und antiparallel entlang der Magnetfeldlinien aus. „Doch es gab auch Bereiche, in denen das Magnetfeld sehr schwach wurde und sich die Feldlinien sehr stark bogen“, sagt Russell.

Diese Messungen liefern auch neue Hinweise auf die so genannte magnetische Rekonnexion am Rande des Erdmagnetfelds, dessen lokale Ausprägung sich abrupt und stark ändern kann. So können solche Messungen auch helfen, Phänomene wie Polarlichter im Details besser zu erklären. Zusätzlich zur noch laufenden Nasa-Mission liefern auch die Satelliten der Swarm-Mission von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA weitere wertvolle Daten. Nicht nur ein besseres Verständnis der Prozesse am Rande des Erdmagnetfelds stehen dabei im Mittelpunkt, sondern auch die Entwicklung des schützenden Magnetfelds und mögliche Warnungen vor Sonnenstürmen mit großen Auswirkungen auf satellitengestützte Kommunikationskanäle.