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Astropage.eu | Datum: 07.03.2012 - 00:04 | Fehler melden
Tags: Venus, Messenger, Hot Flow Anomalie, Magnetfeld, Sonnenwind
Kategorien: Astronomie Quelle

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Weltraumwetter: "Hot-Flow"-Anomalie auf der Venus



Eine Hot-Flow-Anomalie (HFA) fungiert wahrscheinlich wie ein Staubsauger und zieht Teile der Venusatmosphäre von dem Planeten weg (NASA / Collinson)
Credit: Eine Hot-Flow-Anomalie (HFA) fungiert wahrscheinlich wie ein Staubsauger und zieht Teile der Venusatmosphäre von dem Planeten weg (NASA / Collinson)

In der großräumigen Ansicht des Sonnensystems betrachtet, befinden sich Venus und Erde in fast der gleichen Entfernung von der Sonne. Trotzdem unterscheiden sich die Planeten dramatisch voneinander: Venus ist rund 100 Mal heißer als die Erde und ihre Tage sind 200 Mal länger. Die Atmosphäre auf der Venus ist so dick, dass die längste Zeitspanne, die eine Sonde jemals auf ihrer Oberfläche überlebt hat, nur wenig mehr als zwei Stunden beträgt. Es gibt noch einen anderen Unterschied. Die Erde besitzt ein Magnetfeld und die Venus nicht - ein entscheidender Unterschied, wenn man die Auswirkungen der Sonne auf jeden einzelnen Planeten untersucht.

Während der Sonnenwind mit fast 1,6 Millionen Kilometern pro Stunde von der Sonne wegströmt, wird er circa 70.000 Kilometer von der Erde entfernt gestoppt, wenn er mit der riesigen magnetischen Hülle namens Magnetosphäre kollidiert, welche den Planeten umgibt. Der Großteil des Sonnenwindes fließt um die Magnetosphäre herum, aber unter bestimmten Umständen, kann er in die Magnetosphäre eindringen und eine Vielzahl dynamischer Weltraumwettereffekte auf der Erde auslösen. Die Venus besitzt keinen solchen Schutzschild, aber sie ist dennoch ein unerschütterlicher Felsen, der von einer Atmosphäre umgeben ist, welche den Sonnenwind unterbricht und mit ihm interagiert, was interessante Weltraumwettereffekte verursacht.

Eine neue Studie, die am 29. Februar 2012 online im Journal of Geophysical Research erschien, hat auf der Venus klare Belege für einen Typ Weltraumwetterausbruch gefunden, der auf der Erde recht häufig ist, eine Hot-Flow-Anomalie (etwa: "Heißer-Strom-Anomalie"; Anm. d. Red.). Diese Anomalien, auch als HFAs bezeichnet, erzeugen eine vorübergehende Umkehr des Sonnenwindes, der normalerweise an einem Planeten vorbeizieht. Ein HFA-Anstieg bringe die Materie dazu, zurück zu fließen, sagt David Sibeck, ein Co-Autor der Studie und Wissenschaftler am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland), der irdische HFAs untersucht.

"Sie sind ein erstaunliches Phänomen", sagt Sibeck. "Hot-Flow-Anomalien setzen so viel Energie frei, dass der Sonnenwind abgelenkt wird und sich sogar zurück in Richtung Sonne bewegen kann. Das ist eine Menge Energie, wenn man bedenkt, dass der Sonnenwind schneller als Schallgeschwindigkeit reist und die HFA stark genug ist, um ihn umzukehren."


Wenn der Sonnenwind auf die Atmosphäre der Venus trifft, erzeugt er Weltraumwetter-Phänomene wie in der Nähe der Erde (ESA/C. Carreau)

Die Beobachtung einer HFA auf der Venus wird Wissenschaftlern helfen herauszufinden, inwiefern sich das Weltraumwetter auf diesem Planeten, der unserem eigenen Planeten so fremd ist, ähnelt und unterscheidet. Ohne ein Magnetfeld, mit dem es interagieren kann, ist das Weltraumwetter auf der Venus milder als das auf der Erde, tritt aber viel näher an der Oberfläche auf.

"In Erdnähe treten Hot-Flow-Anomalien durchschnittlich einmal am Tag auf", sagt Glyn Collinson vom Goddard Space Flight Center und Erstautorin der neuen Studie. "Sie wurden auf dem Saturn gesehen, sie könnten auf dem Mars gesehen worden sein und jetzt sehen wir sie auf der Venus. Aber weil es auf der Venus kein schützendes Magnetfeld gibt, geschieht die Explosion direkt über der Oberfläche des Planeten."

Die Suche nach dieser Art Weltraumwetter auf der Venus begann 2009, als die Messenger-Sonde der NASA (die eigentlich eine Mission ist, mit der Merkur untersucht werden soll) etwas entdeckte, das sehr gut eine HFA auf der Venus gewesen sein könnte. Aber die Instrumente der Messenger-Sonde konnten nur eine angedeutete magnetische Signatur registrieren und nicht die Temperatur der Materie darin messen, eine notwendige Messung, um die Hitze einer "Hot"-Flow-Anomalie zu bestätigen. Für weitere Anhaltspunkte wandte sich Collinson an die Daten einer Sonde der European Space Agency, der Venus Express. Venus Express wurde nicht entwickelt, um Weltraumwetter-Phänomene an sich zu beobachten, aber sie verfügt über Instrumente, welche die Magnetfelder und die geladenen Teilchen - Plasma - registrieren können, aus denen der Sonnenwind besteht. Collinson begann, in den aufgezeichneten Tagen voller Daten nach den verräterischen Signaturen einer HFA zu suchen.

"Das hört sich vielleicht nicht nach viel an", sagt er, "aber ein Tag auf der Venus entspricht 243 Erdtagen."

Collinson suchte nach einem Muster magnetischer Veränderungen, welches darauf hindeuten würde, dass die Sonde durch eine dieser gigantischen Explosionen geflogen ist. Man vergegenwärtige sich, was eine Kugel erfahren würde, wenn man sie durch einen Heißluftballon schießt - einen Moment der Hitze in einer sonst recht temperaturkonsistenten Reise. In diesem Fall kommt die Hitze noch mit anderen Eigenschaften zusammen: Die Grenzen zeigen eine plötzliche Veränderung in den magnetischen Feldern und das Innere ist weniger dicht als der Außenbereich. Mit einer Reihe von Instrumenten, die nicht speziell für die Registrierung dieser Signatur entwickelt wurden, erbrachte die Suche eine recht lange Liste potenzieller, aber nicht schlüssiger Ereignisse.

Aber diese Arbeit zahlte sich letztendlich aus. Eine Kombination aus Magnet- und Plasmadaten zeigt, dass am 22. März 2008 in der Tat eine Hot-Flow-Anomalie auf der Venus stattfand.

Indem sie die Daten der Venus Express nahmen und sie mit den bekannten Vorgängen auf der Erde verglichen, zeichneten die Wissenschaftler ein mögliches Bild davon, wie eine HFA auf der Venus entsteht. Der sich bewegende Sonnenwind und die ihn begleitenden Magnetfelder beherbergen Störungen - Regionen, in denen die Magnetfelder scharf und plötzlich ihre Richtung ändern. Manchmal richten sich diese Störungen mit der Strömung des Sonnenwindes aus, weshalb sie in Kontakt mit der so genannten Bugstoßwelle bleiben, das ist der Ort, an dem sich der überschallschnelle Sonnenwind plötzlich verlangsamt und um den Planeten herum fließt. Wenn sich solch eine Störung langsam entlang der Bugstoßwelle fortbewegt, fängt sie mit der Zeit Teilchen ein und sammelt Gebiete aus zehn Millionen Grad heißem Plasma an, die sich bis auf Erdgröße ausdehnen können.

"Diese Plasmateilchen sind an Ort und Stelle gefangen", sagt Sibeck. "Sie bilden eine große 'Blase', die größer und größer wird und ihre eigenen Schockwellen aussendet. Alles stromabwärts von dieser Blase wird anders sein, als das was stromaufwärts liegt."

Diese stromabwärts gelegenen Störungen sind es, die HFAs interessant machen. Diese Eruptionen erzeugen globale Störungen weit jenseits der hauptsächlich lokalen Zerstörung durch eine heiße Plasmaexplosion. Diese Eruptionen solarer Materie können die gesamte Magnetosphäre minutenlang komprimieren und die Teilchen entlang der magnetischen Feldlinien nahe der Magnetpole in die Erdatmosphäre stürzen lassen, wo sie Polarlichter auslösen.

Zu verstehen, was die HFAs in der nicht-magnetisierten Umgebung der Venus tun, würde natürlich direkte Beobachtungen erfordern, welche die aktuellen Datensätze der Venus Express nicht bereitstellen. Allerdings haben Collinson und seine Kollegen einige fundierte Vermutungen aufgestellt. "Auf der Erde haben HFAs große Auswirkungen, aber tragen nicht zwingenderweise die Hauptverantwortung", sagt Collinson. "Aber weil die HFA auf der Venus in direkter Nähe zu dem Planeten auftritt, wird sie dort dramatischere Auswirkungen auf das System haben."

Die Bugstoßwelle auf der Venus agiert als Grenze zwischen dem auftreffenden Sonnenwind und der eigenen Ionosphäre des Planeten - eine Atmosphärenschicht, die mit geladenen Teilchen angereichert ist. Als Reaktion auf ihre Umgebung verändert sich die Grenze leicht in der Höhe, deshalb glauben die Wissenschaftler, dass sie auch stark auf die Anwesenheit einer HFA reagieren würde. Weil die HFA Materie von dem Planeten weg in Richtung Sonne fließen lässt, könnte sie fast wie ein Staubsauger funktionieren und die Bugstoßwelle weiter von der Venus wegziehen. Die Größe der Ionosphäre würde dort anschwellen.

Dass HFAs auf einem Planeten ohne Magnetfeld auftreten können, spricht dafür, dass sie auch sehr gut auf anderen Planeten im Sonnensystem und wohl auch in anderen Sonnensystemen geschehen können.

(THK)



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