Magnetisches Pumpen treibt Plasmapartikel zu hohen Energien an.

Wenn Sie in einer kühlen Herbstnacht von einem Lagerfeuer weggehen, wird es Ihnen schnell kälter. Das Gleiche geschieht im Weltraum. Während sie sich dreht, schleudert die Sonne kontinuierlich heißes Material in den Weltraum, bis in die entlegensten Winkel unseres Sonnensystems. Dieses Material, der so genannte Sonnenwind, ist sehr heiß in der Nähe der Sonne, und wir erwarten, dass es sich beim Abfließen schnell abkühlt. Satellitenbeobachtungen zeigen jedoch, dass dies nicht der Fall ist – der Sonnenwind kühlt sich beim Ausströmen ab, bleibt aber heißer als erwartet. Es muss eine zusätzliche Möglichkeit geben, wie sich der Sonnenwind auf seinem Weg von der Sonne zur Erde erwärmt.

Der Sonnenwind ist nicht wie eine ruhige Sommerbrise. Stattdessen ist es ein unruhiges, chaotisches Durcheinander aus Turbulenzen und Wellen. In dieser Turbulenz ist viel Energie gespeichert, so dass die Wissenschaftler schon lange denken, dass sie den Sonnenwind erwärmt. Es gibt jedoch ein großes Problem – die Erwärmung, die von Turbulenzen erwartet wird, ist nicht die beobachtete Erwärmung.

Wissenschaftler der University of Wisconsin-Madison haben eine neue Idee darüber, was den Sonnenwind erwärmt, eine Theorie namens magnetisches Pumpen. „Wenn wir uns ein Spielzeugboot auf einem See vorstellen, bewegen Wellen das Spielzeugboot auf und ab. Wenn jedoch eine Gummiente vorbeikommt und auf das Spielzeugboot trifft, kann sie mit den Wellen aus dem Takt kommen. Anstatt sich mit den Wellen zu bewegen, wird das Spielzeugboot von den Wellen geschoben, was es schneller bewegt. Das magnetische Pumpen funktioniert auf die gleiche Weise – Wellen drücken die Partikel im Sonnenwind“, sagt Emily Lichko, eine Doktorandin, die ihre Arbeiten auf dem Treffen der American Physical Society’s Division of Plasma Physics in Portland, Ore, vorstellen wird.

Eine Besonderheit der Idee ist, dass alle Partikel im Sonnenwind durch magnetische Pumpen beeinflusst werden sollten, auch die energiereichsten. Die Erwärmung durch Turbulenzen hat eine Obergrenze, aber die neue Idee ermöglicht die Erwärmung auch extrem schneller Partikel.

Wo der Sonnenwind auf das Magnetfeld der Erde trifft, ist ein perfekter Ort, um in der Natur nach magnetischem Pumpen zu suchen. Satelliten der NASA-Mission Magnetospheric Multiscale (MMS) können die Geschwindigkeiten von Partikeln in unglaublichen, beispiellosen Details messen. Die Daten zeigen Hinweise auf magnetische Pumpen.

Diese Forschung, die von der NASA, der National Science Foundation und dem Verteidigungsministerium finanziert wird, ist wichtig, denn wenn energiereiche Partikel den erdnahen Raum erreichen, können sie Satelliten beschädigen, Astronauten schädigen und sogar die militärische Kommunikation unterbrechen. Zu verstehen, wie diese Partikel energetisiert werden und was mit ihnen passiert, wenn sie von der Sonne zur Erde reisen, wird eines Tages den Wissenschaftlern helfen, Methoden zu entwickeln, um uns besser vor den Auswirkungen dieser Partikel zu schützen. Darüber hinaus ist es möglich, dass magnetisches Pumpen auch außerhalb des Sonnenwindes an Orten wie der Sonnenatmosphäre, dem interstellaren Medium oder Supernova-Explosionen stattfindet. Diese Forschung hat das Potenzial, nicht nur den Sonnenwind zu beleuchten, sondern auch, wie Partikel im ganzen Universum erwärmt werden.

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