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Magnetfelder: Forscher finden Gesetz des kosmischen Dynamos

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Sonne (im Juni 2007): Magnetfeld lässt Sonnenflecken und den Strahlenkranz der Korona entstehen Zur Großansicht
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Sonne (im Juni 2007): Magnetfeld lässt Sonnenflecken und den Strahlenkranz der Korona entstehen

Die Erde hat eins, der Jupiter auch, die Sterne sowieso: Doch die Magnetfelder von Planeten haben vollkommen unterschiedliche Stärken. Warum, war bisher unklar - eine neue Theorie präsentiert nun eine verblüffend einfache Erklärung.

Das Magnetfeld der Erde ist ein wichtiger Schutzschirm für das Leben auf unserem Planeten. Energiereiche Teilchen aus dem Sonnenwind und der kosmischen Strahlung werden mit seiner Hilfe von der Erdoberfläche ferngehalten. Kämen sie am Boden an, würden sie bei Pflanzen und Tieren zu einer starken Erhöhung der genetischen Mutationen führen - oder gleich zum Tod.

Auf der Sonne lässt das Magnetfeld unter anderem kühlere Sonnenflecken und den Strahlenkranz der Korona entstehen - und energiereiche Ausbrüche, sogenannte Flares. Auch andere kosmische Körper haben ein Magnetfeld, der Jupiter zum Beispiel. Sein Schirm ist zehnmal so stark ist wie derjenige der Erde; manche Sterne übertreffen unseren Wert sogar um das Tausendfache.

Bis jetzt war nicht recht klar, welcher Mechanismus für die großen Stärkenunterschiede verantwortlich ist. In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Nature" stellen nun Forscher um Ulrich Christensen vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau genau dafür eine Theorie vor, die sie aus Computersimulationen abgeleitet haben. "Der Energiefluss aus dem Inneren des Himmelskörpers bestimmt die Magnetfeldstärke", sagt Christensen im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE über den verblüffend einfachen Zusammenhang. Mit anderen Worten: Die Energiemenge, die ein Körper etwa als Licht und Wärme ins Weltall abstrahlt, gibt auch Auskunft über die Stärke seines magnetischen Schildes.

Doch woran liegt das? "Wenn die elektrischen Ströme zur Erzeugung des Magnetfelds in Inneren des Körpers fließen, dann entstehen Reibungsverluste", sagt Ulrich Christensen. Das Feld müsste deshalb eigentlich kleiner werden. Doch durch den anhaltenden Energiefluss aus dem Inneren kann der Prozess trotzdem aufrechterhalten werden - und damit das Magnetfeld. Daher der direkte Zusammenhang von Energiefluss und Feld.

An mehr als 30 Himmelskörpern, darunter Erde und Jupiter, haben die Forscher ihre Theorie überprüft - mit Erfolg: "Die Regel gilt sehr verlässlich über einen großen Bereich von Körpern." Noch nicht einmal der Umstand, dass sich gerade die Dichte von Sternen sehr stark mit zunehmender Tiefe ändert, kann daran etwas ändern. Der Dynamoprozess scheint überall sehr ähnlich abzulaufen.

Und dennoch machen die Wissenschaftler eine Einschränkung: Die neuen Erkenntnisse würden einstweilen nur für schnell rotierende Himmelskörper gelten. Die Sonne gehört nicht dazu: Sie dreht sich nur etwa alle vier Wochen um die eigene Achse. "Bei langsamerer Rotation ist die Struktur des Feldes zu kompliziert", sagt Forscher Christensen. "Für die Sonne funktioniert unser Modell deswegen nicht."

Für fernere Bereiche des Alls versprechen sich die Astronomen hingegen neue Erkenntnisse. So wollen sie Braune Zwerge, also Objekte, die wegen ihrer Größe eine Sonderstellung zwischen Planeten und Sternen einnehmen, mit Hilfe ihres Magnetfeldes nachweisen.

Und auch für die Suche nach fernen Planetensystemen verspricht die Dynamotheorie einen neuen Ansatz: "Es könnte die Möglichkeit geben, noch unbekannte Exoplaneten über ihr Magnetfeld zu entdecken", sagt Forscher Christensen. Das wären allerdings vornehmlich große Exemplare mit mehreren Jupitermassen, die über ein besonders kräftiges Magnetfeld verfügen.

Um von der Erde erkennbar zu sein müssen sie nämlich eine vergleichsweise starke Radiostrahlung aussenden. Sie entsteht, wenn geladene Teilchen im Magnetfeld kreiseln. In einigen Fällen, so hoffen die Wissenschaftler, könnte diese sogenannte Synchrotronstrahlung so stark sein, dass der Planet - zumindest auf Bildern von Radioteleskopen - sein Zentralgestirn überstrahlt. Beobachtungsanlagen, die dafür sensibel genug sein müssten, würden derzeit gerade gebaut.

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