Neue Erkenntnisse über interplanetaren Nanostaub und das Zodiakallicht

In unserem Sonnensystem gibt es reichlich Staubteilchen, die durch Asteroiden-Kollisionen und die Verdampfung von Kometen entstanden. Diese Teilchen sind die Quelle des Zodiakallichts, einem diffusen Leuchten am Nachthimmel, das sich entlang der Ekliptik (der Ebene des Sonnensystems) erstreckt. Von der Erde aus gesehen, erstreckt es sich entlang des Tierkreises und kann am leichtesten nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang beobachtet werden. Es ist so schwach, dass das Mondlicht ausreicht, um es zu verdecken.

Die Gravitation der Planeten beeinflusst die Verteilung dieser Staubpartikel. Die Erde beispielsweise sammelt Staub von einer Reihe Orte, die in einem Ring entlang der Erdumlaufbahn liegen. Neue Messungen verwendeten Radioinstrumente an Bord zweier Zwillingssonden, um den nanometergroßen Staub – “Nanostaub” – zu untersuchen. Ein Körnchen Nanostaub ist kleiner als die Wellenlänge von optischem Licht und im Gegensatz zu den etwa zehnmal größeren Staubkörnchen, die für das Zodiakallicht verantwortlich sind, ist Nanostaub zu klein, um Sonnenlicht effektiv zu streuen. Er kann nur mit Weltrauminstrumenten registriert werden.

Wenn ein Nanostaubkörnchen ein Raumfahrzeug trifft, erzeugt es eine expandierende Wolke aus ionisiertem Gas, was zu einem Spannungsstoß zwischen dem Hauptteil des Raumfahrzeugs und seiner Antenne führen kann. Dieser Spannungsstoß wiederum kann registriert werden. Nanostaub kann durch das interplanetare Magnetfeld bis auf die Geschwindigkeit des Sonnenwinds beschleunigt werden – wesentlich schneller als die Umlaufgeschwindigkeit der schwereren Staubkörnchen. Weil das von einem Staubkörnchen ausgelöste elektrische Signal mehr von seiner Einschlaggeschwindigkeit als von seiner Masse abhängt, erzeugt Nanostaub trotz seiner geringen Masse ein starkes Signal.

Die Astronomen Gaetan Le Chat und Justin Kasper vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) nutzten zusammen mit acht Kollegen den Low Frequency Receiver an Bord der Zwillingssonden STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory). Das umfassende Programm dauerte sieben Jahre und sie verwendeten die Daten, um Rückschlüsse auf die Eigenschaften von Nanostaub zu ziehen. Die beiden STEREO-Sonden befinden sich in Umlaufbahnen um die Sonne, wobei eine der Erde vorausläuft und die andere ihr nachfolgt. Im Durchschnitt zeichneten die Sonden etwa 50 Einschläge von Nanostaubpartikeln (Spannungsstöße) pro Sekunde auf, mit gelegentlichen Spitzen bis zu 1.000 Einschlägen pro Sekunde.

Die Wissenschaftler analysierten über 700.000 Messungen, um zu dem Schluss zu kommen, dass Nanostaub maßgeblich zur Gesamtmasse der Materie im interplanetaren Raum beiträgt, was mit früheren Schätzungen übereinstimmt, und um mit der Charakterisierung seiner Eigenschaften zu beginnen. Obwohl STEREO nicht für die Untersuchung von Nanostaub, sondern für die Beobachtung solarer Stürme entwickelt wurde, helfen die neuen Ergebnisse nicht nur, das Bild unseres Sonnensystems zu vervollständigen. Sie zeigen auch, wie innovative Forscher manchmal zusätzliche wissenschaftliche Erkenntnisse aus bewährten Instrumenten herausquetschen können.

Abhandlung: “Interplanetary Nanodust Detection by the Solar Terrestrial Relations Observatory / WAVES Low Frequency Receiver” von G. Le Chat, A. Zaslavsky, N. Meyer-Vernet, K. Issautier, S. Belheouane, F. Pantellini, M. Maksimovic, I. Zouganelis, S.D. Bale, J.C. Kasper.

Quelle: http://www.cfa.harvard.edu/news/2013/su201335.html

(THK)