Seattle/Graz/Wien. (gral/apa) Die meisten Menschen messen dem Magnetfeld der Erde im Alltag keine besonders große Bedeutung bei. Jedoch ist es genauso wichtig für unser Leben wie Luft, Wasser oder Sonnenlicht. Das magnetische Feld ist eine durchsichtige, aber entscheidende Barriere, um unseren Planeten vor dem Magnetfeld der Sonne und deren Winde zu schützen. Die Interaktion der beiden Felder kann der Auslöser für explosive Stürme sein, die die Funktion von Satelliten beeinflussen und damit für technische Probleme auf der Erde sorgen können.

Solch faszinierende Prozesse, wie etwa die sogenannte magnetische Rekonnexion, bei der durch eine abrupte Veränderung des Magnetfeldes große Mengen an Energie freigesetzt werden, spielen sich in der Magnetosphäre der Erde ab. Mit der Nasa-Satellitenmission MMS (Magnetospheric Multiscale Mission) gelang Weltraumforschern nun erstmals der Einblick in einen solchen Prozess, wie ein Forscherteam um Jim Burch vom Southwest Research Institute in San Antonio, an dem auch heimische Wissenschafter beteiligt sind, im Fachblatt "Science" berichtet.

Weltraumwetter im Visier


Die Daten stammen von einem Durchflug von vier Satelliten durch die Magnetopause, die scharfe äußere Begrenzung des Magnetfelds, im Oktober 2015. Damals querten die Flugkörper offenbar die Geburtsregion einer Rekonnexion. "Für Plasmaphysiker ist das mit einem Lotto-Sechser zu vergleichen", freut sich Wolfgang Baumjohann vom Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, das an der Nasa-Mission mitgewirkt hat.

In Weltraumplasmen beeinflusst die durch Rekonnexion entstehende Energieumwandlung die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind - jenem Teilchenfluss, der von der Sonne abströmt - und dem Erdmagnetfeld und damit auch das Weltraumwetter. Dieses ist mit Sonnenstürmen dafür verantwortlich, dass es auf der Erde zu Ausfällen der Funkkommunikation oder von Navigationssystemen kommen kann. "Ein besseres Verständnis der Rekonnexion ist ein wichtiges Ziel für die Plasmaphysik der Erde und des Weltraums", betonen die Studienautoren. Die Entdeckung sei ein wichtiger Meilenstein, um Magnetismus und das Weltraumwetter besser zu verstehen.

"Stellen Sie sich vor, zwei Züge fahren auf nebenliegenden Gleisen aufeinander zu und in letzter Sekunde wechseln sie auf ein und dieselbe Schiene", schildert der Physiker James Drake von der University of Maryland die Situation im Weltraum. "Jede Schiene repräsentiert eine magnetische Feldlinie von einem der beiden interagierenden Felder. Während des Gleiswechsels kommt die Rekonnexion zustande. Beim daraus resultierenden Zusammenstoß wird Energie wie mit einer Schleuder nach außen gebracht."

Direkte Beobachtung


Das besondere an der Mission sei der Maßstab, in dem die Magnetfelder untersucht werden, erklärt Baumjohann. Die Forscher analysieren den dynamischen Prozess im Millisekundenbereich. "Erstmals konnten wir mit einem Mikroskop in das Entstehungsgebiet der magnetischen Rekonnexion blicken und quasi die Keimzellen für diesen wichtigen plasmaphysikalischen Prozess untersuchen." Das Grazer IWF ist der größte nicht-amerikanische Partner der Mission und ist am Instrumentenbau wie auch der Datenauswertung beteiligt.

Die Geräte auf den vier Satelliten messen laut dem Institutsleiter hundertmal schneller als frühere Missionen. Daher konnte das Verhalten der sehr kleinen und leichteren negativ geladenen Elektronen im Plasma, das bisher nur am Computer simuliert wurde, erstmals direkt beobachtet werden.