Tausende von Meilen über der Erde herrscht Weltraumwetter. Es ist ein scheinbar leerer und einsamer Ort - ein Ort, an dem ein Geheimnis namens "kaltes Plasma" im Überfluss gefunden wurde und möglicherweise Auswirkungen auf unsere Verbindung zur Sonne hat. Während es praktisch verborgen geblieben ist, haben schwedische Forscher eine neue Methode entwickelt, um diese kalten, geladenen Ionen zu messen. Diese neuen Erkenntnisse geben uns Hinweise darauf, was um andere Planeten und ihre natürlichen Satelliten herum passiert.
"Je mehr Sie nach energiearmen Ionen suchen, desto mehr finden Sie", sagte Mats Andre, Professor für Weltraumphysik am schwedischen Institut für Weltraumphysik in Uppsala, Schweden, und Leiter des Forschungsteams, dessen Ergebnisse akzeptiert wurden Veröffentlichung in Geophysical Research Letters, einer Zeitschrift der American Geophysical Union. "Wir wussten nicht, wie viel da draußen war. Es ist mehr als ich dachte. "
Woher kommt dieses Rätsel? Die energiearmen Ionen beginnen im oberen Teil unserer Atmosphäre, der Ionosphäre. Hier kann Sonnenenergie Elektronen von Molekülen abstreifen und Atome wie Sauerstoff und Wasserstoff positiv aufladen. Das physikalische Auffinden dieser Ionen war jedoch problematisch. Während die Forscher wussten, dass sie in Höhenlagen von etwa 100 Kilometern existierten, setzten Andre und sein Kollege Chris Cully ihre Standorte höher - zwischen 20.000 und 100.000 km (12.400 bis 60.000 Meilen). Am Rand variiert die Menge an kalten Ionen zwischen 50 und 70%… und macht den größten Teil der Raummasse aus.
Dies ist jedoch nicht der einzige Ort, an dem kaltes Plasma gefunden wurde. Nach den Daten und Berechnungen des Forschungssatelliten enthalten bestimmte Zonen in großer Höhe kontinuierlich energiearme Ionen. So weit hergeholt es auch klingen mag, das Team hat sie auch in Höhen von 100.000 km entdeckt! Laut Andre ist es überraschend, so viele relativ kühle Ionen in diesen Regionen zu entdecken, da vom Sonnenwind so viel Energie auf die Höhen der Erde trifft - ein heißes Plasma, das etwa 1000-mal heißer ist als das, was Andre für kalt hält. Wie kalt? „Die energiearmen Ionen haben eine Energie, die bei typischen Gasdichten auf der Erde etwa 500.000 Grad Celsius (etwa einer Million Grad Fahrenheit) entspricht. Aber weil die Dichte der Ionen im Weltraum so gering ist, können Satelliten und Raumfahrzeuge umkreisen, ohne in Flammen aufgehen zu müssen. “
Es war eine schwer fassbare Aufgabe, diese energiearmen Ionen zu lokalisieren und zu messen, wie viel Material unsere Atmosphäre verlässt. Andres Werkstatt ist ein Satellit und eines der vier Raumschiffe der Europäischen Weltraumorganisation CLUSTER. Es beherbergt einen Detektor aus einem feinen Draht, der das elektronische Feld zwischen ihnen während der Satellitendrehung misst. Als die Daten gesammelt wurden, fanden die Forscher jedoch ein paar Rätsel - starke elektrische Felder in unerwarteten Bereichen des Weltraums und elektrische Felder, die nicht gleichmäßig schwankten.
"Für einen Wissenschaftler sah es ziemlich hässlich aus", sagte Andre. „Wir haben versucht herauszufinden, was mit dem Instrument nicht stimmt. Dann haben wir festgestellt, dass an dem Instrument nichts falsch ist. " Was sie fanden, öffnete ihre Augen. Kaltes Plasma veränderte die Anordnung der den Satelliten umgebenden elektrischen Felder. Dadurch wurde ihnen klar, dass sie ihre Feldmessungen nutzen konnten, um das Vorhandensein von kaltem Plasma zu validieren. "Es ist eine clevere Möglichkeit, die Einschränkungen eines auf Raumfahrzeugen basierenden Detektors in Vermögenswerte umzuwandeln", sagte Thomas Moore, leitender Projektwissenschaftler für die Magnetospheric Multiscale-Mission der NASA im Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Er war nicht an der neuen Forschung beteiligt.
Mit diesen neuen Techniken kann die Wissenschaft die kalte Plasmahülle der Erde messen und kartieren - und mehr darüber erfahren, wie sich heißes und kaltes Plasma unter extremen Weltraumwetterbedingungen ändern. Diese Forschung deutet auf ein besseres Verständnis anderer Atmosphären als unserer eigenen hin. Derzeit zeigen die neuen Messungen, dass jede Sekunde etwa ein Kilogramm (zwei Pfund) kaltes Plasma aus der Erdatmosphäre entweicht. Durch eine solide Zahl als Grundlage für die Verlustrate können Wissenschaftler möglicherweise modellieren, was aus der Marsatmosphäre geworden ist - oder das erklären Atmosphäre um andere Planeten und Monde. Es kann auch zu einer genaueren Vorhersage des Weltraumwetters beitragen - auch wenn es die Umgebung selbst nicht direkt beeinflusst. Es ist ein Schlüsselspieler, auch wenn es den Schaden selbst nicht verursacht. "Vielleicht möchten Sie wissen, wo sich der Niederdruckbereich befindet, um einen Sturm vorherzusagen", bemerkte Andre.
Die Modernisierung der Weltraumwettervorhersage auf ein Niveau, das der normalen Wettervorhersage ähnelt, war "nicht einmal aus der Ferne möglich, wenn Ihnen der größte Teil Ihres Plasmas fehlt", sagte Moore von der NASA. Mit der Möglichkeit, kaltes Plasma zu messen, ist das Ziel qualitativ hochwertiger Prognosen nun einen Schritt näher. "Es ist etwas, das wir nicht sehen und nicht erkennen konnten, und dann konnten wir es plötzlich messen", sagte Moore über die energiearmen Ionen. "Jetzt können Sie es tatsächlich studieren und sehen, ob es mit den Theorien übereinstimmt."
Quelle der Originalgeschichte: Pressemitteilung der American Geophysical Union. Zur weiteren Lektüre: Niedrigenergieionen: Eine zuvor verborgene Partikelpopulation des Sonnensystems.
