Selbstkonsistente Ausbreitung von Flussseilen in realistischen Koronasimulationen

Die Auswirkungen des Weltraumwetters erstrecken sich über unser gesamtes Sonnensystem, aber dies ist eine Simulation dessen, wo alles beginnt: das plötzliche, heftige Auftauchen eines „Flussseils“ aus dem Magnetfeld der Sonne und in den Sonnenwind. Dabei können Flussseile Millionen Tonnen Plasma von der Sonnenoberfläche mitnehmen, um in den Weltraum freigesetzt zu werden, was als Koronaler Massenauswurf (Coronal Mass Ejection, CME) bekannt ist.

Diese Flussseilsimulation wurde mit einem Modell aus einer Reihe von Modellen erstellt, die über das Virtual Space Weather Modeling Center der ESA verfügbar sind und von Weltraumwetterprognostikern und -forschern eingesetzt werden.

Diese Simulation wurde unter Verwendung des COCONUT-koronalen „magnetohydrodynamischen“ (MHD)-Modells durchgeführt, das von einem Team der Katholieke Universiteit Leuven entwickelt und in vorgestellt wurde Astronomie und Astrophysik. Es simuliert die Anfangsmomente eines koronalen Massenauswurfs (CME) innerhalb einer realistischen MHD-Darstellung der Sonnenkorona und des Windes, abgeleitet aus beobachteten Magnetogrammen, wobei die Ergebnisse der etablierten CME-Dynamik entsprechen.

CMEs sind die größten Eruptionsprozesse in unserem Sonnensystem. Sie können mit Geschwindigkeiten von Hunderten von Kilometern pro Sekunde oder mehr nach außen beschleunigen. Wenn sie sich an der Erde ausrichten, verändert sich wiederum die magnetische Umgebung unseres Planeten, was sich möglicherweise auf Satelliten im Orbit sowie auf die Energie- und Kommunikationsinfrastruktur am Boden auswirkt.

Genau wie bei der terrestrischen Wettervorhersage besteht die Grundlage der Weltraumwettervorhersage in der Aufnahme von Beobachtungsdaten in detaillierte Softwaremodelle. Die Herausforderung im Fall des Weltraumwetters besteht darin, dass die Modelle das gesamte Sonnensystem abdecken müssen, beginnend – wie hier zu sehen – direkt über der Sonnenoberfläche bis in die weitere Heliosphäre und die CMEs und Wechselwirkungen mit dem Magnetfeld der Erde (und anderen) abdecken Planeten).

„Das sind alles unterschiedliche Modelle mit unterschiedlicher Physik und unterschiedlichen Daten, die in diese Modelle ein- und ausgehen“, erklärt Gregoire Deprez, Ingenieur für Raumfahrtumgebung und -effekte bei der ESA. „Das Ziel unseres Virtual Space Weather Modeling Center besteht darin, sie alle miteinander zu verbinden, in einer Kette zu arbeiten und über ein einziges Webportal zugänglich zu machen. Sie sind darauf ausgelegt, zusammen zu laufen und zu kommunizieren, wobei die Daten von einem zum anderen weitergegeben werden.“ Als nächstes haben wir eine ganze Reihe von Modellen, die von der Sonne über die Sonnenmagnetosphäre ausgehen und sich dann bis zur Erde oder Ihrem interessierenden Raumschiff ausbreiten.