Illustration der Van-Allen-Gürtel, durch die Elektronen spiralförmig hindurchfliegen. (Zhang et al., Nat. Commun., 2022) Dank eines neu entdeckten Phänomens im magnetischen Schild der Erde könnte das Wetter morgen bewölkt sein und möglicherweise Elektronen enthalten.
Das Phänomen wird als unerwarteter, ultraschneller „Elektronenniederschlag“ beschrieben und tritt auf, wenn Wellen elektromagnetischer Energie hindurchströmen Erde Die Magnetosphäre ist das Magnetfeld, das durch die Aufwirbelung des Erdkerns erzeugt wird, der unseren Planeten umgibt und ihn vor tödlicher Sonnenstrahlung schützt. Diese Elektronen strömen dann aus der Magnetosphäre aus und stürzen in Richtung Erde.
Es ist wahrscheinlicher, dass die sintflutartigen Elektronenregen während dieser Zeit auftreten Sonnenstürme , und sie können dazu beitragen Nordlicht , laut einer am 25. März in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Naturkommunikation .
Die Forscher fügten jedoch hinzu, dass Elektronenregen auch eine Bedrohung für Astronauten und Raumfahrzeuge darstellen könnten, und zwar in einer Weise, die Weltraumstrahlungsmodelle derzeit nicht berücksichtigen.
„Obwohl gemeinhin angenommen wird, dass der Weltraum von unserer oberen Atmosphäre getrennt ist, sind beide untrennbar miteinander verbunden“, sagte der Co-Autor der Studie, Vassilis Angelopoulos, Professor für Weltraumphysik an der University of California Los Angeles (UCLA). sagte in einer Erklärung . „Zu verstehen, wie sie miteinander verbunden sind, kann Satelliten und Astronauten, die die Region durchqueren, von Nutzen sein.“
Wissenschaftler wissen seit Jahrzehnten, dass energiereiche Teilchen periodisch in kleinen Mengen auf unseren Planeten niederprasseln. Diese Partikel stammen aus der Sonne und mit dem Rücken des Sonnenwinds über die 150 Millionen Kilometer breite Lücke zur Erde segeln.
Die Magnetosphäre unseres Planeten fängt viele dieser Teilchen in einem von zwei riesigen, donutförmigen Strahlungsgürteln ein, die als Van-Allen-Gürtel bekannt sind. Gelegentlich führen in diesen Gürteln erzeugte Wellen dazu, dass Elektronen schneller werden und in die Erdatmosphäre stürzen.
Die neue Studie zeigt, dass Elektronenregen viel häufiger auftreten können, als bisherige Forschungen für möglich gehalten haben.
In ihrer neuen Forschung analysierten die Autoren der Studie Elektronenschauer in den Van-Allen-Gürteln anhand von Daten von zwei Satelliten: der Raumsonde Electron Losses and Fields Investigation (ELFIN), einem Satelliten von der Größe eines Brotlaibs, der tief in der Erdatmosphäre kreist; und die Raumsonde THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions while Substorms), die die Erde jenseits des Van-Allen-Gürtels umkreist.
Durch die Überwachung der Elektronenflüsse in den Van-Allen-Gürteln von oben und unten konnte das Team Elektronenregenereignisse sehr detailliert erkennen. Die THEMIS-Daten zeigten, dass diese Elektronenschauer durch Whistlerwellen – eine Art Niederfrequenzwellen – verursacht wurden Radiowelle das entsteht während Blitz schlägt ein und strömt dann durch die Magnetosphäre der Erde.
Diese energiereichen Wellen können Elektronen in den Van-Allen-Gürteln beschleunigen und dazu führen, dass sie überschwappen und auf die untere Atmosphäre herabregnen, fanden die Forscher heraus.
Darüber hinaus zeigten die ELFIN-Satellitendaten, dass diese Regenfälle weitaus häufiger auftreten können, als frühere Untersuchungen vermuten ließen, und dass sie besonders häufig bei Sonnenstürmen auftreten können.
Aktuelle Weltraumwettermodelle berücksichtigen einige Quellen des Elektronenniederschlags in der Erdatmosphäre (z. B. Einschläge durch Sonnenwind) – sie berücksichtigen jedoch nicht die durch Pfeiferwellen induzierten Elektronenschauer, so die Forscher.
Hochenergetische geladene Teilchen können Satelliten beschädigen und eine Gefahr für Astronauten darstellen, die ihnen in den Weg geraten. Durch ein besseres Verständnis dieser Quelle des Elektronenregens können Wissenschaftler ihre Modelle aktualisieren, um die Menschen und Maschinen, die ihre Zeit hoch über unserem Planeten verbringen, besser zu schützen, sagten die neuen Studienautoren.
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