NASA-Raumschiff entdeckt neuen magnetischen Prozess im turbulenten Raum

 

NASA 9 MAY – Obwohl er sich in der Nähe von zu Hause befindet, ist der Raum um die Erde herum voller versteckter Geheimnisse und unsichtbarer Prozesse. In einer neuen Entdeckung, die in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, haben Wissenschaftler, die mit der Magnetosphären-Multiscale-Raumsonde der NASA – MMS – arbeiten, eine neue Art von magnetischem Ereignis in unserer erdnahen Umgebung entdeckt, indem sie mithilfe einer innovativen Technik zusätzliche Informationen aus den Daten herausgequetscht haben.

Die magnetische Wiederverbindung ist einer der wichtigsten Prozesse im Raum – gefüllt mit geladenen Teilchen, bekannt als Plasma – rund um die Erde. Dieser fundamentale Prozess dissipiert magnetische Energie und treibt geladene Teilchen an, die beide zu einem dynamischen Weltraumwettersystem beitragen, das Wissenschaftler besser verstehen und sogar irgendwann vorhersagen wollen, wie wir das terrestrische Wetter tun. Eine erneute Verbindung tritt auf, wenn überkreuzte Magnetfeldlinien einschnappen und in der Nähe befindliche Partikel bei hohen Geschwindigkeiten explosionsartig wegschleudern. Die neue Entdeckung fand Wiederverbindung, wo sie noch nie zuvor gesehen wurde – in turbulentem Plasma.

„Im Plasma-Universum gibt es zwei wichtige Phänomene: magnetische Wiederverbindung und Turbulenz“, sagte Tai Phan, ein leitender Wissenschaftler an der Universität von Kalifornien, Berkeley, und Hauptautor der Studie. „Diese Entdeckung überbrückt diese beiden Prozesse.“ Die magnetische Wiederverbindung wurde unzählige Male in der Magnetosphäre – der magnetischen Umgebung um die Erde herum – beobachtet, aber normalerweise unter ruhigen Bedingungen. Das neue Ereignis ereignete sich in einer Region namens Magnetosheath, kurz außerhalb der äußeren Grenze der Magnetosphäre, wo der Sonnenwind extrem turbulent ist. Zuvor wussten die Wissenschaftler nicht, ob es dort sogar zu einer Wiederverbindung kommen könnte, da das Plasma in dieser Region sehr chaotisch ist. MMS fand es, aber auf Skalen viel kleiner als vorherige Raumsonde.

 

MMS verwendet vier identische Raumfahrzeuge, die in einer Pyramidenformation fliegen, um die magnetische Wiederverbindung um die Erde in drei Dimensionen zu untersuchen. Da die Raumfahrzeuge unglaublich dicht beieinander fliegen – mit einer durchschnittlichen Entfernung von nur viereinhalb Meilen – halten sie den Rekord für die nächste Trennung von Mehrraum-Raumfahrzeugen – sie können Phänomene beobachten, die noch niemand zuvor gesehen hat. Darüber hinaus sind die Instrumente von MMS so konzipiert, dass sie Daten hundert Mal schneller als frühere Missionen erfassen können. Obwohl die Instrumente an Bord von MMS unglaublich schnell sind, sind sie immer noch zu langsam, um eine turbulente Wiederverbindung in Aktion zu erfassen, was das Beobachten enger Schichten von sich schnell bewegenden Teilchen erfordert, die von den zurückschreckenden Feldlinien geschleudert werden. Verglichen mit der Standard-Wiederverbindung, bei der breite Jets von Ionen aus dem Ort der Wiederverbindung herausströmen, stößt die turbulente Wiederverbindung enge Elektronenstrahlen aus, die nur ein paar Meilen breit sind. „Der Beweis für die Rauchpistole besteht darin, entgegengesetzt gerichtete Elektronenstrahlen gleichzeitig zu m3, und die vier MMS-Raumschiffe hatten Glück, die Wiederverbindungsstelle zu umkreisen und beide Jets zu erkennen“, sagte Jonathan Eastwood, Dozent am Imperial College in London -Autor des Papiers. Entscheidend war, dass die MMS-Wissenschaftler das Design eines Instruments, die Fast Plasma Investigation, nutzten, um eine Technik zur Interpolation der Daten zu entwickeln, die es ihnen ermöglichte, zwischen den Linien zu lesen und zusätzliche Datenpunkte zu sammeln, um die Jets aufzulösen. „Das Schlüsselereignis des Papiers passiert in nur 45 Millisekunden. Dies wäre ein Datenpunkt mit den grundlegenden Daten „, sagte Amy Rager, eine Doktorandin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und der Wissenschaftler, der die Technik entwickelte. „Stattd3 können wir mit dieser Methode sechs bis sieben Datenpunkte in dieser Region erhalten, so dass wir verstehen können, was passiert.“

Mit der neuen Methode hoffen die MMS-Wissenschaftler, dass sie bestehende Datensätze durchkämmen können, um mehr dieser Ereignisse und möglicherweise auch andere unerwartete Entdeckungen zu finden. Magnetische Wiederverbindung findet im gesamten Universum statt, so dass wir, wenn wir etwas um unseren Planeten herum lernen – wo es für Erdlinge am einfachsten ist, es zu untersuchen – diese Informationen auf andere Prozesse in größerer Entfernung anwenden können. Die Feststellung der Wiederverbindung in Turbulenzen hat beispielsweise Auswirkungen auf Sonnenstudien. Es könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, welche Rolle magnetische Wiederverbindung bei der Erwärmung der unerklärlich heißen Sonnenkorona – der äußeren Atmosphäre der Sonne – spielt und den Überschall-Sonnenwind beschleunigt. Die bevorstehende Parker Solar Probe Mission der NASA startet im Sommer 2018 direkt zur Sonne, um genau diese Fragen zu untersuchen – und diese Forschung ist um so besser bewaffnet, je mehr wir über die magnetische Wiederverbindung in der Nähe von zu Hause wissen.

 

 

 

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