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Astronomie+Physik

Forscher: Elektromagnetische Wellen versorgen das Polarlicht mit Energie

Polarlichter werden durch eine Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem Magnetfeld der Erde erzeugt. Doch der exakte Mechanismus dieser Wechselwirkung ist umstritten. Cynthia Cattell von der Universität von Minnesota und ihre Kollegen schätzen, dass die Polarlichter etwa ein Drittel ihrer Energie von elektromagnetischen Wellen ? so genannten Alfvén-Wellen ? erhalten, die die Energie entlang der Magnetfeldlinien der Erde transportieren.

Zu diesem Schluss kommen die Forscher aufgrund einer Auswertung von Daten des Nasa-Satelliten Polar. Sie stellen ihr Ergebnis im Fachmagazin Science (Bd. 299, S. 383) vor.

Der Sonnenwind besteht hauptsächlich aus Protonen und Elektronen. Pro Sekunde strahlt die Sonne eine Million Tonnen dieser Teilchen ab. Mit den Teilchen wird das Magnetfeld der Sonne in den Weltraum getragen. Wenn das Sonnenmagnetfeld auf die Magnetosphäre der Erde trifft, geschieht die so genannte magnetische Rekonnektion: Die Magnetfeldlinien brechen auf und verbinden sich „über Kreuz“ neu. Dabei werden gewaltige Energiemengen in die Erdmagnetosphäre übertragen. Letztendlich ist diese Energie für das Entstehen der Polarlichter verantwortlich.

Doch wie genau diese Energie in die Atmosphäre der Erde, wo die Polarlichter entstehen, hinabtransportiert wird, ist bisher umstritten. Cattell und ihre Kollegen widersprechen der Auffassung, die Energie würde ausschließlich von aus geladenen Teilchen bestehenden elektrischen Strömen transportiert. Ihre Analyse hat ergeben, dass etwa ein Drittel der Energie in Form von Alfvén-Wellen an den Magnetfeldlinien entlang transportiert wird.

Diese nach dem schwedischen Physik-Nobelpreisträger Hannes Alfvén (1908-1995) benannten Wellen, schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Magnetfeldes in einem Plasma. Ein Plasma ist ein Gas, das zu gleichen Teilen aus positiv und negativ geladenen Teilchen besteht. Sowohl der Sonnenwind als auch die Magnetosphäre der Erde bestehen aus Plasma.

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Axel Tillemans
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