Van-Allen-Gürtel: Schutzschild der Erde unter Beschuss

So stellen Forscher sich die Van-Allen-Gürtel vor, die den Planeten vor schnellen Teilchen schützen

(Foto: Andy Kale, University of Alberta)

"Wie der Treffer eines Vorschlaghammers": Forscher haben erstmals detailliert beobachtet, wie ein gewaltiger Sonnensturm die Van-Allen-Gürtel trifft. Diese kosmischen Schutzschilde vibrieren unter Beschuss wie eine Kirchglocke.

Eruptionen auf der Sonne können den Van-Allen-Gürtel, der die Erde wie ein Schutzschild umgibt, in Schwingungen versetzen und dadurch Teilchen gefährlich beschleunigen. Das zeigen Messungen zweier Nasa-Sonden (Journal of Geophysical Research: Space Physics, online).

Der Van-Allen-Gürtel besteht aus zwei Schichten Tausende Kilometer weit draußen im All, in denen geladene Teilchen die Erde umkreisen. Deren Magnetfeld hält sie dort fest. Der Gürtel wurde schon im Jahr 1958 entdeckt, aber viele Eigenschaften können Astrophysiker erst seit 2012 studieren. Die Nasa hat nämlich zwei Sonden in die Region geschickt, die im Tandem fliegen und Messungen machen. Im Oktober 2013 waren sie zufällig gerade an der richtigen Stelle, als der äußere Van-Allen-Gürtel einen Schlag von einem Sonnensturm bekam.

Von einer Minute auf die andere stieg die Zahl der energiereichen Elektronen auf das Zehnfache

Der nur 60 Sekunden dauernde Treffer von der Sonne drückte den vom Magnetfeld aufgespannten Gürtel ein, entnehmen die Forscher um John Foster vom Massachusetts Institute of Technology ihren Daten. "Es war wie der Treffer eines Vorschlaghammers", sagt der Wissenschaftler. Die Schutzschicht sprang zurück und begann zu schwingen, die Verformung raste entlang des Gürtels zur Nachtseite. Der Gürtel verhielt sich wie eine Art Glocke, über deren Oberfläche nach einem Schlag Schallwellen laufen. Wie kleine Wellenreiter wurden Myriaden von Elektronen im Van-Allen-Gürtel, deren Geschwindigkeit zufällig dem Tempo der Schwingung entsprach, mitgerissen und gewannen dadurch gewaltig an Energie hinzu. "In einer Minute stieg die Zahl dieser schnellen Teilchen auf das Zehnfache an", sagt Foster.

Sonneneruptionen wirken wie Hammerschläge auf die Van-Allen-Gürtel.

(Foto: dpa/dpaweb)

Die Partikel erhielten so viel Energie, dass sie für die Elektronik normaler Satelliten zur Gefahr wurden. Lange hatten sich Astrophysiker gefragt, wie solche schnellen Teilchen entstehen könnten. Erst dank der Nasa-Mission hatten Forscher vor einiger Zeit erkannt, dass Wellen in den Van-Allen-Gürteln die Elektronen beschleunigen. Vor Kurzem hatten sie zudem eine Schutzschicht im Bereich der Gürtel identifiziert, die Partikel aus den Tiefen des Alls stoppt.

Die Glocke hält also tatsächlich Gefahren aus dem All von der Erde fern. Aber ihre Schwingungen bringen neue Risiken für Kommunikations- und Wettersatelliten sowie Astronauten im erdnahen Orbit. Weil die beiden Nasa-Sonden der Van-Allen-Mission die Gürtel nicht vollständig überwachen können, versuchen zurzeit etliche Forschergruppen, ihre Vorhersagemodelle mithilfe der neuen Daten zu verbessern. Damit ließen sich womöglich gefährdete Satelliten rechtzeitig in einen Ruhezustand versetzen, in dem kleine Schäden keine fatalen Folgen haben.