Was die Strahlungsgürtel um die Erde so energiereich macht

Die Elektronen in den Strahlungsgürteln der Erde stammen nicht von außen, sondern werden an Ort und Stelle von starken Magnetfeldern beschleunigt
Starke Sonnenwinde führen zu hoher Strahlenintensität in den Strahlungsgürteln. Die hochenergetischen Elektronen dort erhalten ihre Energie durch Radiowellen.
Starke Sonnenwinde führen zu hoher Strahlenintensität in den Strahlungsgürteln. Die hochenergetischen Elektronen dort erhalten ihre Energie durch Radiowellen.
© G. Reeves, Los Alamos National Laboratory (LANL)
Los Alamos (USA) - Zwei Strahlungsgürtel umgeben unseren Planeten mit einer doppelten Zone hoher Strahlungsintensität. Bislang rätselten Astrophysiker, woher die Elektronen dort ihre enorme Energie beziehen, die so hoch werden kann wie bei radioaktiver Strahlung. Nach den neuesten Messungen durch zwei spezialisierte Raumsonden scheint es so zu sein, dass anfangs noch niederenergetische Elektronen in den Strahlungsgürteln effektiv vor Ort beschleunigt werden. Vor allem, wenn starke Sonnenwinde viel Energie in die äußeren Schichten des Erdmagnetfelds pumpen, entstehen starke Radiowellen, die mit den Elektronen in Resonanz geraten und diese dadurch auf sehr hohe Energien bringen. Wie Forscher aus den USA im Fachblatt „Science“ schreiben, finden sie in ihren Daten hingegen kaum Belege für eine alte, konkurrierende Theorie, derzufolge hochenergetische Elektronen von außerhalb in die Strahlungsgürtel eingespeist werden.

„Seit der Entdeckung der Strahlungsgürtel im Jahr 1958 ist die grundlegende Frage unbeantwortet, wie die Elektronen dort zu solch hohen Energien beschleunigt werden“, berichtet Studienleiter Geoffrey Reeves vom Los Alamos National Laboratory. Die Strahlungsgürtel, nach ihrem Entdecker auch Van-Allen-Gürtel benannt, liegen wie ein weitläufiger Torus um die Erde. Ihr äußerster Rand reicht bis zu etlichen Erdradien in den Weltraum hinaus – ungefähr bis zum geosynchronen Orbit, in dem bevorzugt Telekommunikationssatelliten geparkt werden. Für Raumfahrer gilt es, die Strahlungsgürtel möglichst schnell zu durchqueren, um die Strahlenbelastung möglichst niedrig zu halten. Insbesondere bei starken Sonnenausbrüchen steigt diese rapide an.

Die Forscher nutzen einen solchen Sonnenausbruch vom Oktober 2012 und untersuchten die Daten der beiden Zwillings-Raumsonden Van Allen Radiation Belt Storm Probes, die die NASA eigens zum Studium des Strahlungsgürtels entworfen und in einen Orbit quer durch diese hindurch gebracht hat. Üblicherweise meiden Satelliten die Strahlungsgürtel nach Möglichkeit, weil sie die Elektronik durcheinander bringen können. Mithilfe der Zwillingssonden konnten Forscher aber keinen nennenswerten Elektronentransport von weiter außen in das Zentrum der Strahlungsgürtel feststellen. Vielmehr sprechen auch die Daten einiger weiter außen kreisender, geostationärer Satelliten dafür, dass es intensive Radiowellen in den Strahlungsgürteln sind, die die Elektronen auf immer höhere Energien bringen. Wenn die Radiowellen und die Elektronen sich mit derselben Geschwindigkeit bewegen, können sie in Resonanz geraten, wodurch erstere ihre Energie besonders effektiv auf die Elektronen übertragen. „Wenn dies passiert, geben die Radiowellen eine Reihe exakt passender Stöße an die Elektronen ab“, so Reeves. „Dies erhöht deren Geschwindigkeit – so wie bei einem Kind auf einer Schaukel.“

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