Das Erdmagnetfeld ist der größte und gleichzeitig wichtigste Schutzschild unseres Planeten. Wie ein Faraday’scher Käfig umschließt ihn dieses Gitter aus Magnetfeldlinien und schirmt die Erde so von den energiereichen Teilchen des Sonnenwinds und der kosmischen Strahlung ab. Doch das ständige, energiereiche Bombardement geht am magnetischen Schutzschirm nicht spurlos vorüber: An seiner Außengrenze, kurz hinter der sogenannten Bugstoßwelle, entstehen heftige Turbulenzen. Die Magnetfeldlinien bilden ein komplexes Muster aus ineinander verknäulten Wirbeln. “In diesen Turbulenzen Magnetsphäre-Grenzschicht entstehen große Mengen magnetischer Energie”, erklärt Erstautor Tai Phan von der University of California in Berkeley. Jeder Einstrom von energiereichem Sonnenwind führt dem System weitere Energie zu. Doch wie die Magnetfelder diese Energie wieder loswerden, war bisher unbekannt.
Wo bleibt die Energie?
In weniger turbulenten Zonen des Magnetfelds, beispielsweise im Magnetschweif auf der Nachtseite der Erde, wird die überschüssige Energie in sogenannten Rekonnexionen frei: Die vom Sonnenwind verformten und langgestreckten Magnetfeldlinien kommen sich so nahe, dass es zu einem explosiven Austausch von Ladungen kommt. Gleichzeitig entstehen heiße Fontänen von schnellen Ionen, die als Plasma-Jets weit ins Lal hinausschießen. Rein theoretisch könnte solche magnetischen Rekonnexionen in kleinerem Maßstab auch an der turbulenten Vorderseite des Magnetfelds stattfinden. Bisher jedoch ist es Forschern nie gelungen, diese nachzuweisen. Ein möglicher Grund dafür: “Diese Region besteht aus hunderten von dünnen Feldschichten – viele dieser Schichten sind so dünn, dass sie in ein paar Sekunden oder weniger an einer Raumsonde vorbeifliegen”, erklären Phan und seine Kollegen. “Die Auflösung bisheriger Messonden war nicht hoch genug, um Rekonnexionen in diesen dünnen Magnetfeldschichten zu erfassen.”
Doch das hat sich nun geändert – dank der vier Sonden der NASA-Mission Magnetospheric Multiscale (MMS). Sie durchfliegen seit 2015 in enger Formation den erdnahen Raum und sind speziell darauf ausgelegt, die explosiven, aber kurzlebigen Prozesse der Rekonnexion zu erforschen. Jede der gut drei Meter großen, achteckigen Sonden trägt dafür 25 Sensoren an Bord, einige davon an meterlangen Antennen. Das Entscheidende dabei: Die Instrumente können Präsenz und Verteilung von Ionen und Elektronen mit einer zeitlichen Auflösung von 37,5 beziehungsweise 7,5 Millisekunden messen. “Das ist 80 und 400 Mal besser aufgelöst als alle bisher verfügbaren Daten”, so die Forscher. Damit, so die Hoffnung, könnten die Sensoren gerade schnell genug sein, um die kleinmaßstäbigen und extrem kurzlebigen Rekonnexionen an der turbulenten Vorderseite der Magnetosphäre nachzuweisen – wenn sie denn stattfinden.
