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Die
THEMIS Mission
In einer
klaren Nacht, in den nörlichsten Gebieten der Welt, werden
Sie vielleicht Zeuge einer wunderschönen Lichterscheinung am
Himmel, die Ihren Fernsehempfang stören kann und Sie im
Dunklen zurück lässt.
Das schaurige Glühen der
Polarlichter sieht herrlich und recht harmlos aus. Zumeist
ist es auch harmlos. Die Erscheinung, die einem sich langsam
bewegenden Band gleicht, dass sich langsam im Himmel wellt,
wird Aurora genannt. Es ist auch in den südlichsten Gebieten,
am Südpol, zu beobachten.
Bilder oben: Dies sind
Fotos der Aurora, vor und während eines Substurms. Das linke
Bild ist die typische Erscheinung der Aurora vor einem
Substurm. Während eines Substurms teilt sich das inzelne
Band der Aurora in mehrer Bänder (mittleres Bild) oder
zerbricht sogar in Gruppen, die nord- und südwärts wandern (rechtes
Bild). Credit: Jan Curtis
Gelegentlich
wird die Aurora jedoch noch wesentlich dynamischer. Das
einzelne Band der Aurora teilt sich in mehrere Bänder oder
zerbricht in Gruppen, die nord- und südwärts wandern. Diese
dynamische Lichterscheinung am Polarhimmel wird mit etwas in
Verbindung gebracht, was Wissenschaflter einen
magnetosphärischen Substurm nennen. Substürme hängen sehr
stark mit voll ausgeprägten
Weltraum-Stürmen zusammen, die Raumschiffe, den
Radioempfang, GPS Navigation und die elektrische Versorgung
ausfallen lassen können, und dem Strahlungsgürtel um die
Erde auch noch tödliche Elektronen hinzufügen. Das Ziel von
NASA´s Time
History of Events and Macroscale Interactions during
Substorms (THEMIS) Mission ist es, die physikalische
Instabilität (den Auslöser) für magnetosphärische Substürme,
zu verstehen.
Das Zusammentreffen von
Kräften, die das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann,
sorgt für die Schönheit und Zerstörung von Weltraum-Stürmen,
obwohl die Aurora ein dramatisches Symptom liefert. Der
geschmolzene Eisenkern der Erde ruft ein unsichtbares
Magnetfeld hervor, dass unseren Planeten umgibt. Dieses
Magnetfeld, sowie die elektrisch geladenen Teilchen in
seinem Einfluss, bilden die Magnetosphäre der Erde.
Die Sonne bläst ständig einen
unsichtbaren Strom elektrisch geladenes Gas, genannt den
Sonnenwind, in den Weltraum hinaus. Der Sonnenwind fließt
mit sehr hoher Geschwindigkeit an der Erde sowie der
Magnetosphäre vorbei. Zur Verdeutlichung was passiert, wenn
der Sonnenwind auf die Magnetosphäre trifft, stellen Sie
sich einen
Windsack in einem Orkan vor. Die Magnetosphäre der Erde
fängt und speichert kleine Anteile der Windenergie und
Teilchen auf den Magnetfeldlinien, die sich wie Gummibänder
dehnen.
Während eines Substurms
überlädt der Sonnenwind die Magnetosphäre mit zuviel Energie,
und die gedehnten Magnetfeldlinien schnappen zurück wie das
Gummi einer riesigen Schleuder, was elektrisch geladene
Teilchen zur Erde hin schleudert. Elektronen, die Teilchen,
welche die elektrische Ladung in allem, vom Fernseher hin
zum Handy, transportieren, fließen die unsichtbaren Linien
der magnetischen Kraft hinab, in die obere Atmosphäre über
den Polarregionen. Dieser Strom von Elektronen trifft Atome
und Molekühle in der oberen Atmosphäre, lädt sie auf und
läßt sie leuchten, was wir dann als die Aurora kennen.
Die gleichen Elektronen laden
manchmal die Oberflächen von Raumschiffen auf, was zu
ungewollten und unerwarteten Entladungen führt. Und die
Energien dieser Elektronen, die in den Strahlungsgürtel
eindringen, werden auf Höhen getrieben die Millionen mal
energiereicher sind, als die Photonen, welche das Licht
ergeben, dass wir sehen. Elektronen mit solchen Energien
können die empfindliche Elektronik von Raumschiffen
beschädigen und Molekühle in lebenden Zellen zerstören, was
zu Krebs bei ungeschützten Astronauten führen kann. Sich
schnell verändernde Magnetfelder, die mit magnetosphärischen
Substürmen einhergehen, induzieren auch elektrische Ströme in
Stromleitungen, was zu Ausfällen führen kann, indem das
Material überlastet oder ein Kurzschluss ausgelöst wird.
Obwohl die Konsequenzen von
Substürmen gut bekannt sind, ist nicht ganz klar was im
Endeffekt in die überladene Magnetosphäre einschlägt und
dann einen Substurm auslöst.
Zu verstehen was während eines
Substurms passiert ist wichtig. "Die schlimmsten Stürme,
solche die Raumschiffe ausfallen lassen und Astronauten
gefährden, könnten nur eine Reihe von Substürmen sein, einer
nach dem Anderen," sagt David Sibeck von NASA's Goddard
Space Flight Center in Greenbelt, Md.,
Projektwissenschaftler für die THEMIS Mission. "Substürme
könnten die Bausteine für schwere Weltraumstürme sein."
So wie Meteorologen Tornados untersuchen um die heftigsten
Gewitterstürme zu verstehen, untersuchen Astrophysiker
Substürme um einen Einblick in die schwersten Stürme im All
zu bekommen. "Die Vorgänge in Substürmen sind die Grundlage
für unser Verständnis des Weltraumwetters und wie es
Satelliten und Menschen in der Magnetosphäre beeinflusst,"
sagt Vassilis Angelopoulos, Leitender THEMIS Forscher an der University of California's
Berkeley Space Sciences Laboratory, in Berkeley, Calif.
Wissenschaftler schlagen
zwei mögliche Auslöser für Substürme vor, aber bis jetzt
gab es noch keine Möglichkeit sich zwischen den beiden
Modellen zu entscheiden.
Ein kritischer Blick auf die
beiden vorgeschlagenen Auslöser von Substürmen ist schwierig,
weil die Magnetosphäre so groß ist. Über der Nachtseite der
Erde dehnt sich die Magnetosphäre bis weit über die
Mondumlaufbahn aus und bildet einen geomagnetischen Schweif.
Substürme beginnen in einem kleinen Gebiet im All, innerhalb
des geomagnetischen Schweifs und bedecken dann innerhalb von
Minuten ein riesiges Gebiet der Magnetosphäre. Die beiden
Modelle sagen jedoch die Entstehung von Substürmen in
unterschiedlichen Gebieten des geomagnetischen Schweifs
voraus. Der Schlüssel das
Rätsel zu lösen liegt also darin, den Ursprungsort der
Substürme zu bestimmen.
Bisherige Untersuchungen der
Magnetosphäre waren nicht in der Lage festzustellen, wann
und wo Substürme anfangen, was zu einer intensiven Debatte
über dieses Thema führte. NASA´s THEMIS Mission wird dieses
Rätsel jedoch lösen, indem koordinierte Messungen mit
5 identischen Satelliten durchgeführt werden, die in
Schlüsselpositionen in der Magnetosphäre positioniert sind,
um so den Ursprung der Substürme zu finden. Die Mission,
genannt nach Themis, der Griechischen Götting der Ordnung
und Gerechtigkeit, wird diese Debatte wie ein fairer und
unparteiischer Richter auflösen.
THEMIS soll im Februar starten. Wenn sich die 5 Sonden über
dem Nordamerikanischen Kontinent einfinden, werden
Wissenschaflter Messungen entlang der Sonne-Erde Linie
vornehmen, was den ersten umfassenden Blick auf die
Entstehung von Substürmen liefern und beantworten wird, und
wie sie Ausbrüche der Aurora bewirken. Während der 2 Jahre
dauernden Mission sollten die Sonden in der Lage sein um die
30 Substürme zu beobachten.
Die THEMIS Mission - Überblick
THEMIS - Aktuelles
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Credit:
NASA
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