Chinas Tiangong-1 Space Lab soll am Osterwochenende auf die Erde fallen

Während die Erde mit etwa 108.000 km / h durch das Schwarze Meer des Weltraums kreuzt, schiebt das Magnetfeld des Planeten den Sonnenwind - den konstanten Strom der von der Sonne ausgestoßenen Plasmateilchen - ebenso wie den Bug eines schnell fahrenden Motorboots weg beiseite Wasser. Wissenschaftler bezeichnen dieses Phänomen als "Bogenschock" wegen seiner Ähnlichkeit mit einem Schiff, das durch hartnäckige Wellen weht.

Forscher haben schon lange vermutet, dass wir diesem Bogenschock danken können, der den sengenden Sonnenwind in die milden Brisen auf der Erde reduziert hat, aber sie wussten nicht genau, wie das passierte. Jetzt, ein neues Papier veröffentlicht am 31. Mai in der Zeitschrift Physical Review Letters fügt ein paar Milliarden Elektronen-Größe Stücke zu dem Puzzle. [Regenbogenalbum: Die vielen Farben der Sonne]

In einer Studie, die von Forschern der University of Maryland und dem Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland durchgeführt wurde, untersuchten Wissenschaftler Daten von vier NASA-Satelliten, die seit 2015 die Kollisionszone zwischen dem Sonnenwind und dem magnetischen Schild der Erde untersuchen Wenn der Sonnenwind gegen den Schock der Erde schlägt, beschleunigen sich die solaren Elektronen so schnell, dass sie buchstäblich auseinander brechen und potenziell zerstörerische Energie in harmlose Wärme umwandeln.

"Wenn der Sonnenwind in das Magnetfeld der Erde stürzt, schützt uns der Bogenschock, indem er diesen Wind verlangsamt und ihn in eine angenehme, warme Brise verwandelt", sagte Leitautor Li-Jen Chen, Astronom an der Universität von Maryland ein Statement. "Wir haben jetzt eine bessere Idee, wie das passiert."

Die kosmischen Meere segeln

Die Erde wird ständig von einem heißen, suppigen Plasma aus Protonen, Elektronen und Ionen bombardiert, die von der Sonne in Form von Sonnenwind freigesetzt werden. Diese Winde wehen den ganzen Tag und in alle Richtungen, laut NASA mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 Meilen pro Sekunde (800 Kilometer pro Sekunde) und Temperaturen von bis zu 2,9 Millionen Grad Celsius (1,6 Millionen Grad Celsius) . Man könnte meinen, das wäre mehr als genug, um unseren Planeten zu einem riesigen, kreisenden Aschewolken zu machen, aber die Erde und ihre Atmosphäre bleiben dank des starken Magnetfeldes des Planeten weitgehend unversehrt.

Chen und ihre Kollegen wussten, dass sie eine Erklärung für dieses Ablenkungsmanöver finden konnten, indem sie den Bugschock der Erde untersuchten. Sie vermuteten von Anfang an, dass Elektronen schuld waren: Irgendwie, so schrieben die Forscher, handelten Sonnenelektronen Energie für Wärme, wenn sie mit Überschallgeschwindigkeit in den Bugschock einschlugen. Aber wie?

Das Team suchte nach Antworten auf Daten der NASA-Mission Magnetospheric Multiscale (MMS), die 2015 vier identische Satelliten auf den Markt brachten, um die Wechselwirkungen zwischen dem Magnetfeld der Erde und dem Sonnenwind zu untersuchen.

Instrumente an Bord dieser Satelliten können alle 30 Millisekunden detaillierte Messungen einzelner Partikel in der Nähe des Bugschocks der Erde aufzeichnen, schreiben die Forscher. Diese Verarbeitungsgeschwindigkeit erwies sich als entscheidend während eines Sonnensturms, der an einer der ersten Missionsstunden des Planeten vorbeiflog. Als plötzliche Sonnenböen den Bugstoß der Erde näher an die Oberfläche des Planeten schoben, bekamen die Satelliten der NASA einen intimen Blick auf den Plasmastrom der Sonne vor, während und nach dem Zusammenprall mit dem Bugschock.

Sobald der Strom den Bugschock traf, beschleunigten sich die solaren Elektronen darin. Innerhalb von nur 90 Millisekunden beschleunigten die Elektronen so schnell, dass sie destabilisierten und in Stücke zerbrachen. Dieser Zusammenbruch beraubt die Elektronen ihrer Energie, sagten die Forscher und wandelten diese Energie in Wärme um.

"Die extrem schnellen Messungen von MMS ermöglichten es uns schließlich, den Elektronenerwärmungsprozess in der dünnen Schockschicht zu sehen", sagte Co-Autor Thomas Moore, leitender Projektwissenschaftler am NASA Goddard Space Flight Center, in einer Stellungnahme. "Das ist bahnbrechend, denn jetzt können wir den Mechanismus bei der Arbeit identifizieren, anstatt nur seine Konsequenzen zu beobachten."

Das genaue Verständnis, wie der Bogenschock der Erde den Planeten vor der ungestörten Sonnenstrahlung schützt, könnte den Wissenschaftlern helfen, neue Wege zum Schutz von Satelliten, Raumschiffen und möglicherweise sogar zukünftigen Siedlungen auf anderen Planeten zu finden, so die Forscher. Aber jetzt, genießen Sie die sanften Winde des Sommers - und wissen Sie, irgendwo dort draußen, dass das Magnetfeld der Erde Milliarden von Sonnenelektronen gewaltsam in Stücke reißt.