Van-Allen-Gürtel Rasende Elektronen formen vergängliches Band

Die Van-Allen-Gürtel, die die Erde umschließen, sind überraschend wandelbar. Zwei Ringe waren lange bekannt. Doch 2012 entdeckten Astronomen einen dritten, der nur vier Wochen existierte. Dort rasten Elektronen umher, die fast Lichtgeschwindigkeit erreichten, berichten Forscher jetzt.

Illustration der Van-Allen-Gürtel: Mantel aus schnellen, geladenen Teilchen
NASA/ Van Allen Probes/ GSFC

Illustration der Van-Allen-Gürtel: Mantel aus schnellen, geladenen Teilchen


Wie ein gigantischer Donut umschließen die Van-Allen-Gürtel unseren Planeten. Extrem schnelle geladene Teilchen rasen in einer Höhe von 1000 bis hin zu 50.000 Kilometer hin und her, gefangen vom Magnetfeld der Erde.

Den inneren und den äußeren Gürtel entdeckten Forscher bereits vor mehr als 50 Jahren. Doch erst vergangenes Jahr stellten sie fest: Zumindest kurzfristig kann sich in der Lücke zwischen beiden Gürteln ein weiteres Band formen. Zwei neue Nasa-Sonden, die zur Vermessung der Strahlungsgürtel entwickelten "Van Allen Probes", hatten den dritten Ring im September 2012 nachgewiesen. Davor war lediglich bekannt, dass die Gürtel abhängig vom Weltraumwetter wachsen und schrumpfen.

Nun berichtet ein internationales Forscherteam im Fachblatt "Nature Physics", wie der dritte Ring wahrscheinlich entstehen konnte - und auch wieder verschwand. Eine entscheidende Zutat nennen Jurij Shprits, der in Russland (Skolkovo-Institut) und den USA (University of California, Los Angeles) forscht, und seine Kollegen: Elektronen, die nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Sie finden sich sowohl im inneren als auch im äußeren Gürtel - und sie formten auch den dritten Ring.

Gefahr für Satelliten

Diese Teilchen sind besonders gefährlich für Raumflugkörper, da die extrem schnellen Elektronen auch die Schutzhüllen der am besten abgeschirmten Satelliten durchqueren können, sagt Shprits. Das könne Anomalien auslösen und im schlimmsten Fall Satelliten sogar ausfallen lassen.

Die Wissenschaftler untersuchten, wie sich das Verhalten der schnellen Elektronen von dem ihrer langsameren Cousins unterscheidet. Sie stützen sich dabei unter anderem auf Daten der "GOES"-Satelliten.

Laut der Studie hatten Plasmawellen, welche Elektronen normalerweise wenig beeinflussen, die extrem schnellen Teilchen aus dem äußeren Gürtel Richtung Erde gedrückt - fast bis zum Rand des inneren Gürtels, heißt es. Zurück blieb ein schmales Band der Elektronen, die wegen ihrer extremen Geschwindigkeit als ultrarelativistisch bezeichnet werden. Sie formten den dritten Gürtel.

Bestimmte elektromagnetische Wellen, die der gängigen Theorie zufolge im Wesentlichen dafür sorgen, dass Elektronen im Van-Allen-Gürtel beschleunigt werden oder aus ihm verschwinden - hatten anscheinend keinen Effekt auf die extrem schnellen Teilchen. So hatte die Struktur vier Wochen Bestand, bis ein weiterer stärkerer Sonnensturm die Strahlungsgürtel erneut heftig durchschüttelte.

Die Forscher ziehen aus der erstaunlichen Beobachtung vor allem ein Fazit: "Die Van-Allen-Gürtel können nicht länger als eine einheitliche Masse von Elektronen angesehen werden", sagt Shprits. Die Teilchen verhielten sich entsprechend ihrer Energie und reagierten auf Veränderungen im Weltraum auf ganz unterschiedliche Weise.

wbr



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