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Van-Allen-Gürtel: Die Strahlungsringe der Erde

Foto: NASA/ Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

Van-Allen-Gürtel Forscher lösen Geheimnis der irdischen Strahlungsringe

Der Van-Allen-Gürtel umschließt die Erde mit Strahlung. Die geladenen Teilchen stammen von der Sonne und aus den Tiefen des Alls, glaubten Forscher bisher. Jetzt aber zeigt sich, dass die Partikel meist ganz woanders entstehen.

Vor 55 Jahren haben Forscher den Van-Allen-Gürtel entdeckt: Zwei Ringe aus energiegeladenen, hochbeschleunigten Partikeln, die die Erde wie ein Donut umschließen. Die verbreitete Theorie lautete bisher, dass die Teilchen von der Sonne und der kosmischen Strahlung kommen und vom Erdmagnetfeld eingefangen werden.

Eine neue Studie, die jetzt im Fachmagazin "Science"  erschienen ist, widerspricht dem jedoch. Die Partikel entstehen demnach hauptsächlich in dem Strahlungsgürtel selbst.

Laut der bisherigen Annahme geraten die anfliegenden Teilchen ins Erdmagnetfeld und werden dadurch beschleunigt - was eine ringähnliche Anordnung zur Folge hätte. Das aber dauert Tage oder Wochen und erklärt das Phänomen der Strahlungsringe nur schlecht. Denn die Strahlung würde sich so nur sehr langsam verändern können. Daten aus den neunziger Jahren deuteten aber darauf hin, dass die in den Gürteln enthaltene Energie und auch die Dichte sich schnell wandeln.

Laut der neuen Theorie des Teams um Geoffrey Reeves vom Los Alamos National Laboratory (US-Bundesstaat New Mexico) sind es elektrische Felder innerhalb der Gürtel, die umherwandernde Atome zerreißen und ihre Elektronen abtrennen. Diese werden dann auf bis zu 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Teilchendichte und Energie im Gürtel können so im Zeitraum von Sekunden bis Stunden dramatisch schwanken. Ältere Messungen seien nicht aussagekräftig und genau genug gewesen, so die Forscher. Erst neue Sonden und ein kosmisches Ereignis hätten es ermöglicht, die neue Theorie mit Messdaten zu belegen.

Kosmisches Unwetter als Glücksfall

Im August 2012 schoss die US-Weltraumbehörde Nasa die "Van Allen Probes" in die Erdumlaufbahn. Die Zwillingssatelliten maßen die Strahlung aus unterschiedlichen Winkeln und von verschiedenen Positionen. Für kurze Zeit registrierten sie sogar einen dritten Ring, der sich aber wieder auflöste. Im Oktober 2012 kam den Astronomen dann ein kosmisches Ereignis zur Hilfe: Ein Sonnensturm raubte dem äußeren Van-Allen-Ring die meisten seiner Elektronen, blies also die geladenen Teilchen davon.

Innerhalb von nur zwölf Stunden registrierten die beiden Satelliten einen fast tausendfachen Anstieg der Elektronendichte: Der Gürtel erholte sich eigenständig und rasend schnell von dem kosmischen Unwetter. Das zeige, dass elektrische Felder innerhalb der Ringe die Elektronen beschleunigen, sagte Harlan Spence von der University of New Hampshire in Durham, Mitautor der Studie, dem Onlinedienst "Nature News".

Die Ergebnisse lassen nach Meinung der Forscher vermuten, dass sich auch weit entfernte Strahlungsringe durch Teilchen vor Ort bilden. Stärkere Strahlungsgürtel um Jupiter und Saturn könnten ebenso auf diese Weise entstehen. Welche elektromagnetischen Wellen bei welchen Frequenzen die Elektronen beschleunigen, wollen die Forscher in weiteren Untersuchungen herausfinden. Das Wissen darum, wie die Strahlung entsteht, könnte helfen, Satelliten und Elektronik im All zu schützen: Hochbeschleunigte Teilchen können ihnen gefährlich werden und Fehlfunktionen auslösen.

kpg