Künstlerische Darstellung von Mikroturbulenzen durch Cluster. Bildnachweis: ESA Zum Vergrößern anklicken
Dank Messungen der Cluster-Mission der ESA hat ein Team europäischer Wissenschaftler Mikro-Wirbel in der Erdmagnetosphäre identifiziert.
Solche kleinräumigen Wirbelturbulenzen, deren Existenz durch mathematische Modelle vorhergesagt wurde, wurden bisher im Weltraum nicht beobachtet. Die Ergebnisse sind nicht nur für die Weltraumphysik relevant, sondern auch für andere Anwendungen wie die Erforschung der Kernfusion.
Am 9. März 2002 überquerten die vier Cluster-Satelliten, die in tetraedrischer Formation in 100 Kilometern Entfernung voneinander flogen, die nördliche "magnetische Spitze". als sie ihre Entdeckung machten. Magnetische Höcker sind die Bereiche über den Magnetpolen, in denen die die Erde umgebenden Magnetfeldlinien einen magnetischen Trichter bilden.
Die magnetischen Höcker sind die beiden wichtigen Regionen in der Magnetosphäre der Erde, in denen der "Sonnenwind" - ein konstanter Fluss geladener Teilchen, die von der Sonne erzeugt werden und das gesamte Sonnensystem durchqueren - kann direkt auf die obere Schicht der Erdatmosphäre (die Ionosphäre) zugreifen.
Durch diese und andere "zugängliche" Mengen werden Plasma (ein Gas geladener Teilchen) und Energie transportiert. Regionen, um die Magnetosphäre zu durchdringen - der natürliche Schutzschild der Erde. Nur weniger als ein Prozent der gesamten Energie, die vom Sonnenwind getragen wird und auf die Erdmagnetosphäre trifft, kann sich tatsächlich durchschleichen, kann jedoch erhebliche Auswirkungen auf irdische Systeme wie Telekommunikationsnetze und Stromleitungen haben.
Das Sonnenmaterial, das sich einschleicht, erzeugt Turbulenzen im Plasma, das die Erde umgibt, ähnlich wie in Flüssigkeiten, jedoch mit komplexeren Kräften. Solche Turbulenzen werden beispielsweise in den Übergangsbereichen zwischen Plasmaschichten unterschiedlicher Dichte und Temperatur erzeugt, deren Bildungsmechanismen jedoch noch nicht vollständig geklärt sind.
Die Turbulenzen bestehen in verschiedenen Größenordnungen von einigen tausend bis zu einigen Kilometern Durchmesser. Mit in situ? Mehrpunkt? Messungen, die vier Cluster-Satelliten berichteten im Jahr 2004 über das Vorhandensein von Turbulenzen im großen Maßstab - Wirbel mit einer Breite von bis zu 40 000 Kilometern an der Flanke der "Magnetopause". (eine Grenzschicht, die die Magnetosphäre vom freien Raum trennt). Die neue Entdeckung von? Micro? Turbulenzen mit Wirbeln von nur 100 Kilometern Durchmesser sind eine Premiere bei der Untersuchung des die Erde umgebenden Plasmas.
Cluster: ein beispielloses Diagnosetool
Eine solche Entdeckung ist sehr relevant. Zum Beispiel können Wissenschaftler damit beginnen, kleine und große Turbulenzen miteinander zu verbinden und zu hinterfragen, wie sie tatsächlich gebildet werden und welche Zusammenhänge bestehen. Was sind zum Beispiel die grundlegenden Mechanismen, die die Turbulenzen antreiben und formen? Wie viel tragen Wirbel zum Transport von Masse und Energie durch Grenzschichten bei? Werden kleine Wirbel benötigt, um große zu erzeugen? Oder zerstreuen große Wirbel andererseits ihre Energie und erzeugen eine Kaskade kleinerer?
Bei dem Versuch, diese Fragen zu beantworten, ist Cluster ein beispielloses Diagnosewerkzeug für die erste dreidimensionale Karte der erdnahen Umgebung. Seine Ausnahme ist die gleichzeitige Beobachtung mehrerer Raumfahrzeuge. Cluster revolutioniert unser Verständnis der Wege und Mechanismen, durch die Sonnenaktivität die Erde beeinflusst.
Außerdem trägt Clusters Untersuchung der Turbulenzen im Plasma der Erde mit der Dynamik und den damit verbundenen Energien zur Weiterentwicklung grundlegender Theorien zum Plasma bei. Dies ist nicht nur in der Astrophysik wichtig, sondern auch für das Verständnis und den Umgang mit Plasma in Laboratorien angesichts der hohen Energien. Dies ist besonders relevant für die Erforschung der Kernfusion.
Zum Beispiel ergänzen die Daten des Clusters die Forschung zur Plasmaphysik im internationalen ITER-Projekt, einem experimentellen Schritt, an dem mehrere Forschungsinstitute auf der ganzen Welt für die Stromerzeugungskraftwerke von morgen beteiligt sind. In dieser Hinsicht hat Cluster durch die Untersuchung der Magnetosphäre freien Zugang zum einzigen offenen "natürlichen Labor". für das Studium der Plasmaphysik.
Ursprüngliche Quelle: ESA-Portal
