Forscher haben eine neue, beständige Struktur in einem der beiden Strahlungsgürtel entdeckt, die die Erde umgeben. Die Van-Allen-Zwillingssonden der NASA haben gezeigt, das hochenergetische Elektronen im inneren Strahlungsgürtel ein anhaltendes Muster aufweisen, das an schiefe Zebrastreifen erinnert. Überraschenderweise wird diese Struktur von der langsamen Rotation der Erde erzeugt, von der man bisher annahm, dass sie die Bewegung der Teilchen in den Strahlungsgürteln nicht beeinflussen kann. Die Teilchen erreichen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit.
Wissenschaftler hatten bislang vermutet, dass erhöhte Sonnenwindaktivität die treibende Kraft hinter allen Strukturen in den Strahlungsgürteln unseres Planeten ist. Diese “Zebrastreifen” sind allerdings sogar während geringer Sonnenwindaktivität sichtbar, was eine neue Suche danach einleitete, wie sie produziert werden. Diese Aufgabe führte zu der unerwarteten Entdeckung, dass die Streifen von der Rotation der Erde erzeugt werden. Die Ergebnisse erschienen in der Nature-Ausgabe vom 20. März 2014.
“Aufgrund der beispiellosen Auflösung unseres Hochenergieteilchen-Experiments RBSPICE verstehen wir jetzt, dass die Elektronen des inneren Gürtels wirklich immer in Zebramustern angeordnet sind”, sagte Aleksandr Ukhorskiy vom Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University in Laurel (Maryland). Ukhorskiy ist der leitende Autor der Abhandlung. “Außerdem identifiziert unser Modell eindeutig die Erdrotation als den Mechanismus, der diese Muster hervorruft. Als Theoretiker lässt es einen wirklich demütig werden, wenn man sieht, wie schnell neue Daten unser Wissen über physikalische Eigenschaften ändern können.”
Wegen der Neigung der irdischen Magnetfeldachse erzeugt die Rotation des Planeten ein schwingendes, schwaches, elektrisches Feld, das den gesamten inneren Strahlungsgürtel durchdringt. Um zu verstehen, wie dieses Feld die Elektronen beeinflusst, schlug Ukhorskiy die Vorstellung vor, dass die Elektronen einem zähflüssigen Fluid gleichen. Die globalen Schwingungen dehnen und falten das Fluid langsam, so wie Karamell in einer Süßwarenmaschine gedehnt und gefaltet wird. Der Dehnungs- und Faltungsprozess resultiert in dem gestreiften Muster, das in dem gesamten inneren Gürtel beobachtet wird. Es erstreckt sich von etwa 800 Kilometer Höhe über der Erdoberfläche bis in eine Entfernung von rund 12.900 Kilometer.
Die Strahlungsgürtel sind dynamische, donutförmige Regionen um unseren Planeten, die weit oberhalb der Atmosphäre befinden und aus hochenergetischen Teilchen bestehen. Sowohl Elektronen als auch Ionen werden dort vom Magnetfeld der Erde eingefangen. Die Strahlungsintensitäten in den Gürteln werden durch die Sonnenaktivität beeinflusst, die Energie und Teilchen in den erdnahen Weltraum strömen lässt. Während aktiver Zeiten können die Strahlungsintensitäten dramatisch ansteigen, was gefährliche Weltraumwetterbedingungen verursachen, umkreisende Raumfahrzeuge beschädigen und Menschen im Weltraum bedrohen kann. Das Ziel der Van-Allen-Sonden ist es zu verstehen, wie und warum sich die Strahlungsintensitäten in den Gürteln mit der Zeit verändern.
Video-Link: https://youtu.be/TYUoRDCRD7Y
Videoanimation der Zebrastreifenmuster im Van-Allen-Gürtel. (APL)
“Das RBSPICE-Instrument hat eine bemerkenswert hohe Auflösung und deshalb war es in der Lage, ein Phänomen in den Blickpunkt zu rücken, von dem wir bisher nicht einmal wussten, dass es existiert”, sagte David Sibeck, der Missionswissenschaftler der Van Allen Probes vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). “Besser noch, wir haben ein großartiges Wissenschaftsteam, um Nutzen aus diesen neuen Beobachtungen zu ziehen. Wir hätten diese Daten ohne die Analyse guter Theoretiker nicht interpretieren können.”
Die NASA startete die Van Allen Probes im Sommer 2012. Das Applied Physics Laboratory konstruierte und betreibt die Sonden für das Science Mission Directorate. Dies ist die zweite Mission des “Living With a Star”-Programms, das vom Goddard Space Flight Center geleitet wird. Das Programm erforscht Aspekte des miteinander verbundenen Sonne-Erde-Systems, welche das Leben und die Gesellschaft direkt betreffen.
Quelle: http://www.nasa.gov/content/goddard/van-allen-probes-reveal-zebra-stripes-in-space/
(THK)
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