ESA-Wissenschaftler bestätigen die Existenz von Weltraumhurrikanen
Die Swarm-Mission enthüllt die Existenz von Weltraumhurrikanen, riesigen polaren Plasmawirbeln, die Satellitensignale stören und während Phasen scheinbarer Sonnenruhe intensive geomagnetische Störungen verursachen können.
Wissenschaftler der Europäischen Weltraumorganisation haben rotierende Plasmastrukturen identifiziert, die dem Magnetfeld über den Polen der Erde folgen. Diese „Weltraumhurrikane“ wurden dank der Swarm-Satelliten während einer Phase scheinbar ruhiger Sonnenaktivität entdeckt.
Im Gegensatz zu Sonnenstürmen erfordern diese Hurrikane keine koronalen Massenauswürfe oder größere Störungen. Die Studie zeigt, dass sie sich unter moderaten geomagnetischen Bedingungen bilden können, wobei sie das Plasma in der Ionosphäre zu klar definierten Spiralen organisieren, die den aus dem Weltraum beobachteten atmosphärischen Zyklonen ähneln.
Das Ereignis fand im August 2014 über der nördlichen Hemisphäre statt, als die Instrumente von Swarm einen Plasmawirbel mit einem zentralen Auge, anhaltenden rotierenden Strömungen und einer Struktur entdeckten, die mehrere Stunden lang über bestimmten Polarregionen bestehen blieb.
Die Daten bestätigten erhöhte Elektronendichten und sehr scharfe Gradienten um den Hurrikan herum. Diese Unregelmäßigkeiten in der Ionosphäre sind für unsere Augen unsichtbar, aber Satelliten erkennen sie, indem sie elektrische und magnetische Felder sowie Plasma in der erdnahen Umlaufbahn messen.
Diese Entdeckung zwingt zu einem Umdenken hinsichtlich der Vorstellung, dass gefährliches Weltraumwetter nur während Sonnenstürmen auftritt. Selbst unter scheinbar ruhigen Bedingungen kann sich die polare Ionosphäre zu dynamischen Systemen organisieren, die in der Lage sind, Energie entlang der Magnetfeldlinien effizient zu leiten.
Die Auswirkungen auf Signale
Eine der bedeutendsten beobachteten Auswirkungen war eine starke ionosphärische Szintillation, da die Satellitennavigationssignale, die den Weltraumhurrikan durchquerten, starken Schwankungen unterlagen, die ihre Stabilität und Genauigkeit während des Ereignisses erheblich beeinträchtigten.
Szintillation tritt auf, wenn Radiowellen durch Regionen mit unregelmäßigem Plasma hindurchgehen. In diesem Fall wirkten die durch den Hurrikan erzeugten Strukturen wie ein turbulentes Medium, das Signale auf ähnliche Weise verzerrte, wie heiße Luft das Licht über einer Straße verzerrt.
Die Daten zeigten, dass sich die stärksten Störungen entlang der Ränder des Wirbels konzentrierten, wo Plasma mit hoher Geschwindigkeit floss und starke Gradienten erzeugte, die die Szintillation verstärkten, auch ohne dass eine globale geomagnetische Sturmfront damit einherging.
Dieses Ergebnis ist besonders relevant für Navigations-, Zeitmessungs- und Kommunikationssysteme, die auf stabile Satellitensignale angewiesen sind. Weltraumhurrikane stellen eine lokale, aber schwerwiegende Bedrohung dar, die mit herkömmlichen Weltraumwetterindizes nur schwer vorherzusagen ist.
Unsichtbare Strömungen
Die Studie dokumentierte auch damit verbundene geomagnetische Störungen an bodengestützten Stationen, die schnelle Schwankungen im Magnetfeld aufzeichneten, als der ionosphärische Wirbel über sie hinwegzog, und damit das Vorhandensein intensiver elektrischer Ströme in Verbindung mit dem Ionosphären-Magnetosphären-System aufdeckten.
Diese Ströme, die als feldausgerichtete Ströme bekannt sind, verbinden den Weltraum direkt mit der Erdoberfläche. Während des Ereignisses transportierten sie genug Energie, um geomagnetische Signaturen zu erzeugen, die mit moderaten Stürmen vergleichbar sind, jedoch auf bestimmte Polarregionen beschränkt waren.
Dieses Phänomen zeigt, dass die Ionosphäre nicht nur ein passiver Schutzschild ist. Unter bestimmten Bedingungen kann sie zu einem aktiven System werden, das elektromagnetische Energie konzentriert umverteilt und so Effekte erzeugt, die sogar am Boden wahrnehmbar sind.
So kann es sein, dass in den mittleren Breitengraden alles ruhig erscheint, während sich über den Polen intensive elektrische Prozesse entwickeln. Diese offensichtliche Diskrepanz zwischen globaler Ruhe und lokaler Aktivität an den Polen stellt eine große Herausforderung für die Weltraumwetterbeobachtung dar.
Ein neues Teil des Weltraum-Puzzles
Weltraumhurrikane erweitern unser Verständnis davon, wie Sonnenwind, Magnetosphäre und Ionosphäre miteinander interagieren. Die Studie zeigt, dass lokale Mechanismen, die schwere Störungen hervorrufen können, existieren, ohne dass es dazu extremer Sonnenereignisse bedarf.
Dies bedeutet, dass aktuelle Modelle verfeinert werden müssen, um regionale Prozesse und die Analyse der Plasmastruktur zu berücksichtigen, da die ausschließliche Verwendung globaler Indikatoren zu einer Unterschätzung der tatsächlichen Risiken für Satelliten und Navigationssysteme in Polarregionen führen kann.
Die Autoren betonen die Bedeutung von Missionen wie Swarm, die in der Lage sind, die Ionosphäre mit hoher Auflösung zu beobachten, da ohne diese gleichzeitigen Messungen Weltraumstürme verborgen geblieben wären und für Rauschen oder geringfügige Schwankungen gehalten worden wären.
Diese Ereignisse sind keineswegs eine Kuriosität, sondern bestätigen, dass die Weltraumumgebung der Erde dynamisch, komplex und immer noch überraschend ist. Selbst unter scheinbar ruhigen Sonnenbedingungen bleibt die Erde in eine aktive und kraftvolle Form des kosmischen Wetters eingebettet.