Die Magnetospheric Multiscale (MMS) Mission der NASA hat die vergangenen vier Jahre damit verbracht, mit ihren hochauflösenden Instrumenten etwas zu beobachten, was kein anderer Satellit beobachten kann. Kürzlich machte die MMS-Mission ihre ersten hochauflösenden Messungen einer interplanetarischen Schockwelle.
Diese Schockwellen bestehen aus Teilchen und elektromagnetischen Wellen und werden von der Sonne emittiert. Sie sind ideale Testobjekte, um mehr über größere, universelle Phänomene zu erfahren, aber für die Messung interplanetarischer Schockwellen muss man zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein. Die MMS-Mission war genau dazu in der Lage.
Was befindet sich in einer Schockwelle?
Interplanetarische Schockwellen sind eine Art kollisionsloser Schockwellen: Dabei übertragen Teilchen Energie durch elektromagnetischer Felder, anstatt direkt miteinander zu kollidieren. Diese kollisionslosen Schockwellen sind ein Phänomen, das im gesamten Universum vorkommt, darunter in Supernovae, Schwarzen Löchern und fernen Sternen. Die MMS-Mission untersucht kollisionslose Schockwellen in Erdnähe, um mehr Erkenntnisse über Schockwellen im Universum zu gewinnen.
Interplanetarische Schockwellen beginnen auf der Sonne, die kontinuierlich Ströme aus geladenen Teilchen freisetzt, den sogenannten Sonnenwind.
Typischerweise gibt es den Sonnenwind in zwei Arten: langsam und schnell. Wenn ein schneller Sonnenwindstrom einen langsameren Strom überholt, erzeugt er eine Schockwelle, ähnlich wie ein Boot beim Fahren durch einen Fluss eine Welle verursacht. Die Welle breitet sich dann im Sonnensystem aus. Am 8. Januar 2018 befand sich die MMS-Mission an genau dem richtigen Ort, um eine interplanetarische Schockwelle vorbeifliegen zu sehen.
Video-Link: https://youtu.be/GX5FbXX-hks
Die Schockwelle messen
Dank ihrer beispiellos schnellen und hochauflösenden Instrumente konnte die MMS-Mission die Schockwelle messen. Eines der Instrumente an Bord der MMS-Satelliten trägt die Bezeichnung Fast Plasma Investigation. Dieses Instrumentarium kann Ionen und Elektronen in der Umgebung der Satelliten bis zu sechs Mal pro Sekunde messen. Weil die vorbeirasenden Schockwellen die Satelliten in nur einer halben Sekunde passieren können, ist diese Hochgeschwindigkeitsmessung grundlegend für die Verfolgung der Schockwelle.
Bei der Betrachtung der Daten vom 8. Januar 2018 bemerkten die Wissenschaftler eine Ansammlung von Ionen des Sonnenwindes. Kurz danach sahen sie eine zweite Ansammlung von Ionen, die durch bereits in dem Gebiet vorhandene Ionen verursacht wurde, welche beim Passieren der Schockwelle abprallten. Bei der Analyse dieser zweiten Population fanden die Forscher Belege, die eine Theorie des Energietransfers aus den 1980er Jahren unterstützten.
Die MMS-Mission besteht aus vier identischen Satelliten, die in einer engen Formation fliegen, was die dreidimensionale Kartierung des Weltraums ermöglicht. Weil die vier MMS-Satelliten zum Zeitpunkt der Schockwelle nur etwa 19 Kilometer voneinander getrennt waren (und nicht hunderte Kilometer, wie es bei früheren Missionen der Fall war), konnten die Wissenschaftler auch kleinräumige, irreguläre Strukturen in der Schockwelle sehen. Das Ereignis und die Ergebnisse wurden kürzlich im Journal of Geophysical Research veröffentlicht.
Rückkehr für mehr
Aufgrund des zeitlichen Ablaufs der Umlaufbahn und der Instrumente ist die MMS-Mission nur einmal pro Woche am richtigen Ort, um interplanetarische Schockwellen zu beobachten, aber die Forscher sind zuversichtlich, dass sie mehr finden werden. Insbesondere jetzt, nach der Beobachtung einer starken interplanetarischen Schockwelle, hoffen die beteiligten Wissenschaftler auch schwächere Schockwellen entdecken zu können, die viel seltener und weniger gut verstanden sind. Die Entdeckung eines schwächeren Ereignisses könnte helfen, ein neues Gebiet der Schockwellenphysik zu erschließen.
(THK)
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