Genauere Vorhersagen des Weltraumwetters und eine sicherere Satellitennavigation durch Strahlungsgürtel könnten eines Tages aus neuen Erkenntnissen über „Weltraumwellen“ resultieren, berichteten Forscher der Embry-Riddle Aeronautical University.
Die neueste Forschungsarbeit der Gruppe, veröffentlicht am 4. Mai 2023 in der Zeitschrift Naturkommunikationzeigt, dass saisonale und tägliche Schwankungen der magnetischen Neigung der Erde zur Sonne hin oder von ihr weg Änderungen bei großwelligen Weltraumwellen auslösen können.
Diese brechenden Wellen, bekannt als Kelvin-Helmholtz-Wellen, treten an der Grenze zwischen dem Sonnenwind und dem magnetischen Schild der Erde auf. Die Wellen treten viel häufiger in der Frühlings- und Herbstsaison auf, berichteten Forscher, während die Wellenaktivität im Sommer und Winter gering ist.
Wenn Plasma- oder Sonnenwind mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 Million Meilen pro Stunde von der Sonne ausströmt, drückt er Energie, Masse und Impuls in Richtung der magnetischen Abschirmung des Planeten. Es peitscht auch Weltraumwellen auf.
Der sich schnell bewegende Sonnenwind kann die magnetische Abschirmung der Erde nicht direkt passieren, daher donnert er entlang der Magnetosphäre und treibt Kelvin-Helmholtz-Wellen mit massiven Spitzen von bis zu 15.000 Kilometern (km) Höhe und 40.000 km Länge an.
Astronautensicherheit und Satellitenkommunikation
„Durch diese Wellen können sich Plasmapartikel des Sonnenwinds in die Magnetosphäre ausbreiten, was zu Schwankungen der Strahlungsgürtelflüsse energiereicher Partikel – Regionen gefährlicher Strahlung – führt, die die Sicherheit der Astronauten und die Satellitenkommunikation beeinträchtigen können“, sagte Dr. Shiva Kavosi, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Embry-Riddle und Erstautor der Naturkommunikation Papier. „Am Boden können sich diese Ereignisse auf Stromnetze und globale Positionsbestimmungssysteme auswirken.“
Die Beschreibung der Eigenschaften von Weltraumwellen und der Mechanismen, die sie verstärken, ist der Schlüssel zum Verständnis und zur Vorhersage des Weltraumwetters, bemerkte Kavosi: „Weltraumwetterereignisse stellen eine zunehmende Bedrohung dar, aber in vielen Fällen verstehen wir nicht genau, was sie steuert. Jeder Fortschritt, den wir beim Verständnis der Mechanismen hinter Weltraumwetterstörungen machen können, wird unsere Fähigkeit verbessern, Vorhersagen und Warnungen zu liefern.“
Bei dem Versuch, die Ursachen saisonaler und täglicher Schwankungen der geomagnetischen Aktivität zu verstehen, haben Forscher auf diesem Gebiet mehrere unterschiedliche Hypothesen aufgestellt. Zum Beispiel erklärt der 1973 erstmals beschriebene Russell-McPherron (RM)-Effekt, warum Polarlichter im Frühling und Herbst häufiger und heller sind, basierend auf dem Zusammenspiel der Dipolneigung der Erde und einem kleinen Magnetfeld in der Nähe des Sonnenäquators.
„Wir haben noch nicht alle Antworten“, sagte Dr. Katariina Nykyri, Professorin für Physik und stellvertretende Direktorin des Zentrums für Weltraum- und Atmosphärenforschung bei Embry-Riddle, „aber unser Papier zeigt, dass der RM-Effekt nicht der einzige ist Erklärung für die jahreszeitlichen Schwankungen geomagnetischer Aktivitäten. Von der Tagundnachtgleiche getriebene Ereignisse, basierend auf der Dipolneigung der Erde, und RM-Effekte könnten gleichzeitig auftreten.“
In Zukunft, fügte Nykyri hinzu, könnten Konstellationen von Raumfahrzeugen im Sonnenwind und in der Magnetosphäre die komplizierte, multiskalige Physik von Weltraumwetterphänomenen besser erklären. „Ein solches System würde Vorauswarnungen des Weltraumwetters ermöglichen, um die Bediener über Raketenstarts und Stromnetze zu informieren“, sagte sie.
Das Papier kommt zu dem Schluss, dass „die Aktivität der KH-Wellen saisonale und tägliche Schwankungen aufweist, was auf die entscheidende Rolle der Dipolneigung bei der Modulation von KHI über die Magnetopause als Funktion der Zeit hinweist.“
Der Forschungsartikel „Seasonal and Diurnal Variations of Kelvin-Helmholtz Instability at Terrestrial Magnetopause“ wurde von den Embry-Riddle-Forschern Nykyri und Kavosi verfasst; CJ Farrugia und Jimmy Raedar von der University of New Hampshire, Institute for the Study of Earth, Oceans and Space; und JR Johnson von der Andrews University.
Mehr Informationen:
S. Kavosi et al, Saisonale und tägliche Schwankungen der Kelvin-Helmholtz-Instabilität bei der terrestrischen Magnetopause, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37485-x
Bereitgestellt von der Embry-Riddle Aeronautical University