Mission Cluster misst Turbulenzen in terrestrischer magnetischer Umgebung

Mission Cluster misst Turbulenzen in terrestrischer magnetischer Umgebung

Die Abbildung zeigt Raumfahrzeugmissionen Cluster (oben) und THEMIS (unten), die durch die Erdmagnetscheide (turbulente Grenzregion zwischen dem Sonnenwind und der Magnetosphäre unseres Planeten) fliegen.

Zum ersten Mal konnten Wissenschaftler feststellen, wie viel Energie von großen zu kleinen Skalen in der Magnetscheide übertragen wird - der Grenzregion zwischen dem Sonnenwind und der schützenden Magnetblase unseres Planeten. Daten werden seit mehreren Jahren von Cluster und THEMIS gesammelt. Die Analyse ergab, dass Turbulenzen der Schlüssel sind, wodurch der Prozess 100-mal effizienter ist als im Sonnenwind.

Die Planeten unseres Systems werden vom Sonnenwind gespült - ein Überschallstrom hochenergetischer geladener Teilchen, die vom Hauptstern freigesetzt werden. Einige Planeten, darunter auch unsere, zeichnen sich durch ein magnetisches Feld aus - ein Hindernis für den Sonnenwind.

Es ist der Kontakt zwischen dem Erdmagnetfeld und dem Sternwind, der die komplexe Struktur der Magnetosphäre erzeugt. Dies ist eine Schutzblase, die den Planeten vor den meisten gefährlichen Partikeln schützt. Wissenschaftler konnten die physikalischen Prozesse im Plasma des Sonnenwinds und der Magnetosphäre ausreichend untersuchen. Es gibt jedoch noch Fragen zur Beziehung zwischen diesen beiden Medien und der turbulenten Region, der sogenannten Magnetscheide.

Um zu verstehen, wie Energie vom Sonnenwind in die Magnetosphäre übertragen wird, muss man verstehen, was in der Magnetscheide passiert. Im Sternwind beeinflussen Turbulenzen die Energiedissipation von großen zu kleinen Skalen, wo sich Plasmapartikel erwärmen und auf höhere Energien beschleunigen.

Es gab den Verdacht, dass derselbe Mechanismus für die Magnetscheide funktionieren sollte, dies konnte jedoch nicht überprüft werden. Das Plasma der Magnetosphäre ist turbulenter, es ist Dichteschwankungen stärker ausgesetzt und stärker komprimiert als der Sonnenwind. Daher konnten Wissenschaftler erst in den letzten Jahren theoretische Grenzen für die Untersuchung physikalischer Prozesse in einer ähnlichen Umgebung entwickeln.

Mission Cluster misst Turbulenzen in terrestrischer magnetischer Umgebung

Schematische Darstellung des Energiekaskadenprozesses in einem turbulenten Plasma in der Erdmagnethülle

Die Wissenschaftler untersuchten das Informationsvolumen, das 2007-2011 vom Missionscluster und von THEMIS erhalten wurde. Mit den neu entwickelten theoretischen Werkzeugen erzielten sie ein erstaunliches Ergebnis. Es stellte sich heraus, dass die Dichte und die magnetischen Schwankungen, die durch Turbulenzen in der Magnetosphäre verursacht werden, die Geschwindigkeit, mit der Energie von großen auf kleinere Maßstäbe fällt, 100-mal effizienter als im Sonnenwind erhöhen. Die Analyse zeigt, dass jede Sekunde etwa 10–13 J Energie pro m 3 übertragen werden. Darüber hinaus erhielten die Forscher eine empirische Korrelation, die die Geschwindigkeit der Energiedissipation in der Magnethülle mit einer vierten Potenz unterschiedlicher Größe verknüpft, die zur Untersuchung der Bewegung von Flüssigkeiten verwendet wird (turbulente Machzahl).

Es ist schwierig, die Geschwindigkeit zu bestimmen, wenn keine Raumsonden verwendet werden. Die Mach-Zahl lässt sich jedoch mit Hilfe von Fernbeobachtungen von astrophysikalischem Plasma, das sich außerhalb der Planetengrenzen befindet, leichter berechnen.

Wissenschaftler warten auf einen Vergleich ihrer Ergebnisse mit Plasmamessungen auf anderen Solarplaneten. Dies ist für die Missionen von Juno (Jupiter) und zukünftige Flüge zu den Satelliten von Jupiter sowie BepiColombo möglich.

Kommentare (0)
Suchen