MMS-Mission hilft bei der Erforschung der magnetischen Rekonnexion

Simulation der Bewegung eines Elektrons in der Region, wo die magnetische Rekonnexion stattfindet. (Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center / Tom Bridgman)
Simulation der Bewegung eines Elektrons in der Region, wo die magnetische Rekonnexion stattfindet. (Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center / Tom Bridgman)

Der Weltraum hoch über der Erde mag leer erscheinen, aber dort existiert eine Fülle an magnetischen Feldlinien und hochenergetischen Teilchen. Diese Region wird als Magnetosphäre bezeichnet und jeden Tag veranstalten geladene Teilchen eine Show, während sie sie durcheilen. Wie winzige Seiltänzer folgen die hochenergetischen Elektronen den magnetischen Feldlinien. Manchmal kollidieren diese Linien explosiv und schießen die Teilchen dabei aus ihren Bahnen, als wären sie von einer Kanone abgefeuert worden. Dieser Prozess wird magnetische Rekonnexion genannt.

Weil diese Vorgänge nicht mit dem bloßen Auge beobachtet werden können, nutzt die NASA speziell entwickelte Instrumente, um das Schauspiel zu verfolgen. Die Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) ist ein solches Instrument, mit dem Wissenschaftler die unsichtbaren magnetischen Kräfte und tanzenden Teilchen beobachten können, die unsere Technologie auf der Erde beeinflussen. Eine neue Studie verwendet MMS-Daten, um unser Wissen darüber zu vertiefen, wie Elektronen sich durch diese komplexe Region bewegen. Diese Informationen werden helfen zu verstehen, wie sich diese Teilchenakrobatik die Erde auswirkt.

Wissenschaftler haben mit MMS das komplexe Schauspiel beobachtet, das die Elektronen rund um die Erde veranstalten. Dabei haben sie erkannt, dass die Elektronen am Rand der Magnetosphäre oft einer Schaukelbewegung folgen, wenn sie beschleunigt werden. Die Regionen zu finden, wo die Elektronen beschleunigt werden, ist der Schlüssel zum Verständnis eines der Rätsel der Magnetosphäre: Wie wird die magnetische Energie, die das Gebiet durchzieht, in kinetische Energie umgewandelt – also in die Bewegungsenergie der Teilchen. Solche Informationen sind wichtig, um die Technologie auf der Erde zu schützen, weil Teilchen, die auf hohe Energien beschleunigt wurden, im schlimmsten Fall Stromausfälle und Ausfälle der GPS-Kommunikation verursachen können.

Die neue Studie, veröffentlicht im Journal of Geophysical Research, fand eine neue Möglichkeit, um bei der Lokalisierung von Regionen zu helfen, wo Elektronen beschleunigt werden. Bis jetzt betrachteten Forscher energiearme Elektronen, um diese Beschleunigungszonen zu finden, aber eine Forschungsgruppe unter Leitung von Matthew Argall von der University of New Hampshire in Durham hat gezeigt, dass es möglich und sogar leichter ist, diese Regionen durch die Beobachtung hochenergetischer Elektronen zu identifizieren.

Diese Studie ist nur dank des einzigartigen Designs der Magnetospheric Multiscale Mission möglich. Die Mission besteht aus vier Satelliten, die in einer engen Tetraederformation fliegen, um von der Rekonnexionsregion Messungen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu machen.

"Wir können sehr kleine Räume untersuchen und das hilft uns festzustellen, wie die Energie durch die magnetische Rekonnexion umgewandelt wird", sagte Argall.

Die Ergebnisse werden es Wissenschaftlern erleichtern, diese Regionen zu identifizieren, zu untersuchen und die Mikrophysik der magnetischen Rekonnexion zu besser zu verstehen und dadurch auch die Auswirkungen der Elektronen auf die Erde.

Quelle

(THK)

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