Die MMS-Mission der NASA zeigt die magnetische Wiederverbindung im Erdmagnetschwebebahn.

Die magnetosphärische Multiskalen-Mission (MMS) der NASA besteht aus vier identischen Raumfahrzeugen, die durch das den Planeten umgebende dynamische Magnetsystem um die Erde kreisen, um eine Art von Weltraumexplosion zu untersuchen, die als magnetische Wiederverbindung bezeichnet wird, ein gemeinsames Ereignis im gesamten Universum, das auftritt, wenn sich Magnetfelder ändern, indem sie sich verbinden und dann auseinanderbrechen. Die MMS-Satelliten erlebten gerade eine solche Explosion an einem einzigartigen Ort – dem Magnetschwebebahn der Erde, dem Teil der magnetischen Umgebung, der hinter dem Planeten, weg von der Sonne, liegt.

Die magnetische Wiederverbindung erfolgt jeden Tag um die Erde herum durch Verdrehen und Wiederverbinden der Magnetfeldlinien. Es geschieht auf unterschiedliche Weise an verschiedenen Orten, mit unterschiedlichen Auswirkungen.

Partikel in hochionisierten Gasen, den sogenannten Plasmen, können umgewandelt werden und verursachen eine einzige starke Explosion, nur einen Bruchteil einer Sekunde lang, die zu starken Elektronenströmen führen kann, die mit Überschallgeschwindigkeit wegfliegen.

Die vier MMS-Satelliten der NASA haben die letzten drei Jahre damit verbracht, die magnetische Wiederverbindung in der erdnahen Umgebung zu untersuchen.

In der ersten Hälfte der Mission untersuchten die Satelliten die Wiederverbindung, die auf der Sonnenseite der Erde stattfindet, wo der Sonnenwind in das Magnetfeld der Erde eindringt.

Die beiden Seiten, die sich verbinden, haben unterschiedliche Dichten, was dazu führt, dass die magnetische Wiederverbindung asymmetrisch erfolgt und Elektronen mit Überschallgeschwindigkeit weggespuckt werden.

Im Magnetschwebebahn, dem vom Sonnenwind zurückgeblasenen hinteren Teil der Magnetosphäre, kollidieren nur die Feldlinien der Erde, so dass die Partikel nahezu symmetrisch beschleunigt werden.

„Auf der Sonnenseite werfen explosive magnetische Rekonnektionsereignisse Energie in die Magnetosphäre der Erde, die von ihrem Magnetfeld dominierte Region um die Erde herum“, sagte der stellvertretende Chefforscher der MMS, Dr. Roy Torbert, ein Forscher am Space Science Center der University of New Hampshire.

„Die Wiederverbindung auf der Nachtseite wirft Energie in die Erdatmosphäre, während Elektronen über Magnetfeldlinien wandern und die Aurora anregen.“

Die MMS-Satelliten beobachteten ihr erstes asymmetrisches Wiederverbindungsereignis am 16. Oktober 2015 und nun dieses erste symmetrische Ereignis am 11. Juli 2017.

„Das war ein bemerkenswertes Ereignis. Wir haben lange Zeit gewusst, dass es in zwei Arten von Systemen vorkommt: asymmetrisch und symmetrisch, aber dies ist das erste Mal, dass wir einen symmetrischen Prozess gesehen haben“, stellte Dr. Torbert fest.

Die Ansicht hatte genug Auflösung, um ihre Unterschiede zu anderen Wiederverbindungsregimen auf dem Planeten aufzuzeigen.

„Dies ist wichtig, denn je mehr wir über diese Wiederverbindungen wissen und verstehen, desto mehr können wir uns auf extreme Ereignisse vorbereiten, die durch Wiederverbindungen um die Erde oder irgendwo im Universum möglich sind“, sagte Dr. Torbert.

Dr. Torbert und Kollegen fanden heraus, dass die symmetrischen Wiedereinschaltungsereignisse nur wenige Sekunden dauern und extrem schnelle Elektronenstrahlen – über 15.000 km pro Sekunde – und intensive elektrische Felder und Elektronengeschwindigkeitsverteilungen erzeugen.

Die Beobachtungen werden in einem Papier beschrieben, das in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde.

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