In einer dunklen Nacht pulsiert am Himmel in der Nähe der Pole manchmal ein diffuses grünes, violettes und rotes Leuchten. Im Gegensatz zu den langen, schimmernden Lichtvorhängen typischer Polarlichter sind diese Auroras viel schwächer und kommen seltener vor. Obwohl Wissenschaftlern seit langer Zeit bekannt ist, dass Auroras mit der Sonnenaktivität zusammenhängen, war der genaue Mechanismus der pulsierenden Polarlichter unbekannt.
Jetzt hat eine neue Forschungsarbeit mit Daten der NASA-Mission THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) und der japanischen ERG-Mission (Exploration of energization and Radiation in Geospace) des Arase-Satelliten endlich das fehlende Bindeglied gefunden, von dem man annimmt, dass es für diese Polarlichter verantwortlich ist. Die Antwort liegt in Plasmawellen, die die polarlichterzeugenden Teilchen rhythmisch anstoßen.
Die magnetische Blase der Erde – ihre Magnetosphäre – schützt den Planeten vor hochenergetischer Strahlung von der Sonne und aus dem interstellaren Weltraum, aber während besonders starken solaren Ereignissen können Teilchen durchschlüpfen. Wenn sie erst einmal drin sind, werden die Teilchen und die von ihnen getragene Energie auf der Nachtseite der Magnetosphäre gespeichert, bis ein sogenannter magnetosphärischer Teilsturm die Energie freisetzt. Die Elektronen werden dabei in Richtung der oberen Erdatmosphäre beschleunigt, wo sie mit anderen Teilchen kollidieren und das charakteristische Leuchten erzeugen.
Pulsierende Auroras haben allerdings eine etwas andere Ursache. Die Magnetosphäre ist Heimat eines Plasmawellentyps, der als Whistler Mode Chorus Wave bezeichnet wird. Diese Wellen können die Elektronen effizient stören. Wenn sie innerhalb der Magnetosphäre auftreten, werden einige Elektronen an der Welle gestreut und regnen herab in die Erdatmosphäre, wo sie die pulsierenden Auroras hervorrufen.
Wissenschaftler hatten zwar seit langer Zeit angenommen, dass dieser Mechanismus für die pulsierenden Auroras verantwortlich ist, aber bis jetzt fehlte ihnen ein definitiver Beweis. Die Beobachtungen des Arase-Satelliten und der bodenbasierten All-Sky-Kameras der THEMIS-Mission aus mehreren Perspektiven erlaubte den Forschern, die Ursache und Wirkung festzustellen und das Ereignis vom Anfang bis zum Ende zu verfolgen. Die Ergebnisse wurden im Journal Nature veröffentlicht.
Die Studien, die mit den bodenbasierten NASA-Kameras und dem japanischen Satelliten im erdnahen Weltraum durchgeführt werden, haben noch andere Anwendungsmöglichkeiten. Chorus Waves wurden auf anderen Planeten im Sonnensystem beobachtet, darunter auf Jupiter und Saturn. Wahrscheinlich kann der auf der Erde beobachtete Prozess dabei helfen, die Polarlichtstrukturen auf diesen Gasriesen zu erklären, ebenso jene auf Planeten um andere Sterne. Die Ergebnisse werden Wissenschaftlern auch darin unterstützen, die Art und Weise besser zu verstehen, wie Plasmawellen Elektronen beeinflussen können – etwas, das in Prozessen im ganzen Universum stattfindet.
(THK)
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