Die Anatomie einer Sonnenexplosion in 3-D

Wäre es nicht großartig, wenn Sonnenphysiker Sonnenstürme vorhersagen könnten, genau wie Meteorologen Hurrikane vorhersagen? Nun, jetzt können sie es vielleicht. Die beiden STEREO-Observatorien der NASA haben die ersten 3-D-Messungen von Sonnenexplosionen durchgeführt, die als Coronal Mass Ejections (CMEs) bezeichnet werden. So können Wissenschaftler ihre Größe und Form erkennen und sie auf ihrem Weg von der Sonne zur Erde über 150 Millionen Kilometer abbilden. Mit STEREO können Wissenschaftler jetzt Bilder von Sonnenstürmen aufnehmen und ihre Magnetfelder in Echtzeit messen, ähnlich wie Satelliten es Prognostikern ermöglichen, die Entwicklung eines Hurrikans zu verfolgen. Ausbrüche aus der äußeren Sonnenatmosphäre oder Korona können Satelliten (und Astronauten) im Orbit verwüsten oder große Ströme in Stromnetzen auf der Erde induzieren, was zu Stromausfällen oder Stromausfällen führen kann.

"Wir können jetzt ein CME vom Verlassen der Sonnenoberfläche bis zur Erde sehen und das Ereignis in 3D direkt aus den Bildern rekonstruieren", sagte Angelos Vourlidas, Sonnenphysiker am Naval Research Laboratory in Washington Projektwissenschaftler für die Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation an Bord von STEREO. Sehen Sie sich im obigen Video einige der 3D-Bilder an und hören Sie, wie Vourlidas über die neuen Erkenntnisse spricht.

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CMEs speien Milliarden Tonnen Plasma mit Tausenden von Meilen pro Stunde in den Weltraum und tragen einen Teil des Magnetfelds der Sonne mit sich. Diese Sonnensturmwolken erzeugen eine Stoßwelle und eine große, sich bewegende Störung im Sonnensystem. Der Schock kann einige der Teilchen im Weltraum auf hohe Energien beschleunigen, eine Form von „solaren kosmischen Strahlen“, die für Raumfahrzeuge und Astronauten gefährlich sein können. Das CME-Material, das Tage später eintrifft, kann das Erdmagnetfeld oder die Magnetosphäre und die obere Atmosphäre stören.

STEREO besteht aus zwei nahezu identischen Observatorien, die CMEs gleichzeitig aus zwei verschiedenen Blickwinkeln beobachten. Ein Observatorium "führt" die Erde in ihrer Umlaufbahn um die Sonne, während das andere Observatorium den Planeten "verfolgt". Die beiden Aussichtspunkte von STEREO bieten einen einzigartigen Blick auf die Anatomie eines Sonnensturms, der sich entwickelt und in Richtung Erde wandert. Sobald das CME die Erdumlaufbahn erreicht, nehmen Sensoren auf den Satelliten In-situ-Messungen der Sonnensturmwolke vor und liefern eine „Bodenwahrheit“ zwischen dem, was in der Ferne gesehen wurde, und dem, was im CME real ist.

Die Kombination bietet Solarphysikern das bislang umfassendste Verständnis des Innenlebens dieser Stürme. Es ist auch ein großer Schritt, um vorherzusagen, wann und wie sich die Auswirkungen auf die Erde auswirken werden. Der Trennungswinkel zwischen den Satelliten ermöglicht es Forschern, ein CME in drei Dimensionen zu verfolgen, was sie in den letzten Jahren mehrmals getan haben, als sie gelernt haben, dieses neue Weltraumwetterwerkzeug zu verwenden.

"Die In-situ-Messungen von STEREO und anderen erdnahen Raumfahrzeugen verbinden die physikalischen Eigenschaften des entweichenden CME mit den entfernten Bildern", sagte Antoinette "Toni" Galvin, Sonnenphysikerin an der Universität von New Hampshire und Hauptforscherin für STEREOs Instrument für Plasma- und suprathermale Ionenzusammensetzung (PLASTIC). "Dies hilft uns zu verstehen, wie die interne Struktur des CME gebildet wurde, und seine Auswirkungen auf die Erde besser vorherzusagen."

Bisher konnten CMEs in der Nähe der Sonne abgebildet werden, aber die nächsten Messungen mussten warten, bis die CME-Wolke drei bis sieben Tage später auf der Erde ankam. Die Echtzeitbilder und -messungen von STEREO liefern Wissenschaftlern eine Reihe von Informationen – Geschwindigkeit, Richtung und Geschwindigkeit – über CME-Tage früher als mit früheren Methoden. Dadurch steht Energieversorgern und Satellitenbetreibern mehr Zeit zur Verfügung, um sich auf potenziell schädliche Sonnenstürme vorzubereiten.

Ähnlich wie die Zerstörungskraft eines Hurrikans von seiner Richtung, Größe und Geschwindigkeit abhängt, hängt die Schwere der Auswirkungen eines CME von seiner Größe und Geschwindigkeit ab sowie davon, ob er einen direkten oder schrägen Treffer über die Erdumlaufbahn ausführt.

CMEs stören den vom Erdmagnetfeld dominierten Raum. Störungen der Magnetosphäre können die bunten, tanzenden Lichter auslösen, die als Auroren oder Nord- und Südlichter bekannt sind. Obwohl diese Anzeigen harmlos sind, weisen sie darauf hin, dass die obere Atmosphäre und die Ionosphäre der Erde in Aufruhr sind.

Sonnenstürme können die Kommunikation zwischen Bodenstationen und Satelliten, Flugzeugpiloten und Astronauten beeinträchtigen. Funkgeräusche von einem Sturm können auch den Mobiltelefondienst stören. Durch CMEs verursachte Störungen in der Ionosphäre können die Genauigkeit der GPS-Navigation (Global Positioning System) verzerren und in extremen Fällen elektrische Streuströme in langen Kabeln und Leistungstransformatoren am Boden induzieren.

Die beiden STEREO-Raumschiffe wurden am 25. Oktober 2006 in die Erdumlaufbahn um die Sonne gebracht.

Quellen: NASA, APL

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