Altes Rätsel gelöst

Sonnensturm reißt “Killer-Elektronen” ins Weltall

Das rätselhafte Verschwinden sogenannter Killer-Elektronen aus dem äußeren Strahlungsgürtel der Erde während mancher Sonnenstürme ist geklärt. Die schnellen und energiereichen Elementarteilchen werden von Böen des Sonnenwinds offensichtlich ins All gerissen. Das haben US-Astronomen jetzt mithilfe einer ganzen Satellitenflotte beobachtet.

Die Entdeckung verbessert die Vorhersage des Weltraumwetters und den Schutz ihm ausgesetzter Satelliten, wie die Forscher um Drew Turner von der Universität von Kalifornien in Los Angeles im Journal "Nature Physics" betonen.

Sonnenstürme können mit nahezu lichtschnellen "Killer-Elektronen" Telekommunikations- und andere Satelliten beschädigen sowie Astronauten - etwa die Crew in der internationalen Raumstation ISS - gefährden. Erst am vergangenen Dienstag hatte ein gewaltiger Sonnensturm die Erde erreicht - nach neuesten NOAA-Berechnungen der stärkste seit 2003 (Bericht in der Infobox).

Nahezu alle Elektronen weg
Zwei riesige, reifenförmige Strahlungsgürtel (Bild) umringen die Erde, die große Mengen elektrisch geladener Elektronen enthalten. Diese sogenannten Van-Allen-Gürtel (benannt nach dem US-Astrophysiker und Raumfahrtpionier James van Allen) schwellen und schrumpfen unter dem Einfluss des Sonnenwinds, eines beständigen Stroms elektrisch geladener Teilchen von der Sonne, der mal stärker und mal schwächer fließt.

Im Wesentliche besteht der Van-Allen-Gürtel, der 1958 entdeckt wurde, aus zwei Strahlungszonen: Die innere erstreckt sich in niedrigen geografischen Breiten in einem Bereich von etwa 700 bis 6.000 Kilometer über der Erdoberfläche und besteht hauptsächlich aus hochenergetischen Protonen. Die zweite befindet sich in etwa 15.000 bis 25.000 Kilometer Höhe und enthält vorwiegend Elektronen.

Phänomen seit den 1960er-Jahren bekannt
Ausgerechnet zu Zeiten starker Sonnenwinde, während derer eigentlich sehr viele elektrisch geladene Sonnenteilchen auf die irdische Umgebung treffen, verliert der äußere Strahlungsgürtel häufig nahezu alle seine Elektronen.

"Das ist ein verblüffender Effekt", erläuterte Turners Hochschulkollege Yuri Shprits in einer Mitteilung seiner Universität. "Ozeane auf der Erde verlieren auch nicht plötzlich das meiste Wasser, aber die mit Elektronen gefüllten Strahlungsgürtel können rapide entvölkert werden." Erstmals beobachtet wurde das Phänomen bereits in den 1960er-Jahren. Seitdem war unklar, wohin die schnellen Elektronen entschwinden.

Wichtiger Meilenstein in der Forschung
"Lange nahm man an, die Teilchen würden nach unten aus den Gürteln herabregnen", berichtete Turner. Doch die neuen Beobachtungen, für die Daten von drei "THEMIS"-, zwei "GOES"- und sechs "POES"-Satelliten kombiniert wurden, zeigen klar, dass die Elektronen nach außen in den interplanetaren Raum gerissen werden.

"Das ist ein wichtiger Meilenstein für das Verständnis des Weltraumumfelds der Erde", betonte Turner. Auf welche Weise die Elektronen genau ins All entkommen, soll nun ein spezialisiertes Satelliten-Duo namens "Radiation Belt Storm Probes" klären, das in diesem Jahr gestartet werden soll.