Wie gelingt es gefährlichen Sonnenwinden, die schützende Magnetschicht der Erde zu durchdringen? Dieser Frage, die nicht zuletzt für die Sicherheit von Satelliten und Astronaut/innen große Relevanz hat, widmete sich ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Grazer Instituts für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). In einer nun im Fachmagazin „Nature Communications“ publizierten Studie zeigten sie mithilfe von Daten der NASA-Mission Magnetospheric MultiScale (MMS), dass Hunderte Kilometer messende Tornados beim Eintritt von Sonnenwinden in die Magnetschicht eine entscheidende Rolle spielen.
Der interplanetare Raum in unserem Sonnensystem ist ein gefährlicher Ort. Kommt es auf der Sonnenoberfläche zu Explosionen, werden energiereiche geladene Teilchen freigesetzt. Davor schützt die Erde zwar eine magnetische Blase, die sogenannte Magnetosphäre, die den Großteil der schädlichen Teilchen ablenkt. Trotzdem schlüpfen manche Teilchen durch die Schutzhülle hindurch. Um diesem Phänomen auf den Grund zu gehen, konzentrierten sich die Forscher/innen unter der Federführung des IWF im Rahmen der NASA-Mission auf die sogenannte „magnetische Rekonnexion“.
Zwischen der Magnetosphäre und dem Sonnenwind befindet sich eine Grenzschicht. Wenn sich das Plasma innerhalb und außerhalb dieser sogenannten Magnetopause unterschiedlich schnell bewegt, entstehen entlang der zuvor ebenmäßigen Grenzschicht riesige Wirbel, die brechenden Ozeanwellen gleichen. Darüber hinaus wird die verwirbelte Grenzschicht zusammengequetscht und durch diese „magnetische Rekonnexion“ bilden sich kleine Tornados, die den Elektronen den Weg vom Sonnenwind in die Magnetosphäre öffnen.
Überwindung der Grenzschicht
„Wir wollten dieses explosive Ereignis, bei dem sich Magnetfeldlinien kreuzen und Elektronen aus dem Sonnenwind in die Magnetosphäre geschleudert werden, besser verstehen“, schildert IWF-Forscher Takuma Nakamura, Erstautor der Studie. Das Team griff dazu zunächst auf die Daten der NASA-Mission MMS zurück, die mithilfe von vier identischen und in der Formation einer Pyramide fliegenden Satelliten die Magnetosphäre seit zwei Jahren aus nächster Nähe unter die Lupe nimmt. Diese Daten wurden dann mit neuartigen Computersimulationen kombiniert, um die betreffenden Vorgänge in der Magnetosphäre erstmals zu untersuchen.
„Wir konnten zeigen, dass diese Tornados, die über 200 km lang und 100-150 km breit waren, sehr erfolgreich Elektronen einschleusen“, erklärt Nakamura. „Unsere Ergebnisse tragen entscheidend dazu bei, besser zu verstehen, wie der Sonnenwind in die Erdmagnetosphäre eindringen und die Satellitenkommunikation stören kann.“ Zugleich sind sie, wie die Forscher/innen überzeugt sind, überaus hilfreich, um die Magnetosphären anderer Planeten und die magnetische Umgebung unserer Sonne zu erforschen.
