Blitze in Wolken, nur wenige Kilometer über dem Boden, löschen eine sichere Zone in den Strahlungsgürteln Tausende von Kilometern über der Erde, so NASA-finanzierte Forscher. Das unerwartete Ergebnis löst eine vierzig Jahre alte Debatte darüber, wie die sichere Zone gebildet wird, und beleuchtet, wie die Region geräumt wird, nachdem sie während magnetischer Stürme mit Strahlung gefüllt wurde.
Die sichere Zone, genannt Van Allen Belt Slot, ist ein potenzieller Zufluchtsort, der reduzierte Strahlungsdosen für Satelliten bietet, die Mittelerdumlaufbahnen (MEOs) benötigen. Die Forschung kann schließlich angewendet werden, um Strahlungsgürtel um die Erde und andere Welten zu beseitigen und die Gefahren der Weltraumumgebung zu verringern.
„Die Multi-Milliarden-Dollar-Satelliten des Global Positioning System liegen am Rand der sicheren Zone“, sagte Dr. James Green vom Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md. Er ist der Hauptautor des Artikels über die in der Zeitschrift für geophysikalische Forschung. „Ohne die reinigende Wirkung von Blitzen gäbe es nur einen großen Strahlungsgürtel ohne leicht zugängliche Stellen für Satelliten“, sagte er.
Wenn die Van-Allen-Strahlungsgürtel vom Weltraum aus sichtbar wären, würden sie einem Paar Donuts um die Erde ähneln, einer in dem anderen, mit dem Planeten im Inneren des Lochs. Der Van-Allen-Gürtelschlitz würde als Zwischenraum zwischen dem inneren und äußeren Donut erscheinen. Die Gürtel bestehen aus elektrisch geladenen Hochgeschwindigkeitsteilchen (Elektronen und Atomkerne), die im Erdmagnetfeld gefangen sind. Das Magnetfeld der Erde hat unsichtbare magnetische Kraftlinien, die von der Südpolarregion aus in den Weltraum und zurück in die Nordpolarregion austreten. Da die Teilchen des Strahlungsgürtels elektrisch geladen sind, reagieren sie auf magnetische Kräfte. Die Partikel spiralförmig um die magnetischen Feldlinien der Erde und prallen von Pol zu Pol, wo das Magnetfeld des Planeten konzentriert ist.
Wissenschaftler diskutierten zwei Theorien, um zu erklären, wie die Sicherheitszone gelöscht wurde. Die bekannte Theorie besagte, dass Radiowellen aus dem Weltraum, die durch Turbulenzen in der Zone erzeugt wurden, diese beseitigten. Eine alternative Theorie, die durch diese Forschung bestätigt wurde, besagte, dass von Blitzen erzeugte Funkwellen dafür verantwortlich seien. „Wir waren fasziniert, Beweise zu entdecken, die die Blitztheorie stark unterstützen, weil wir normalerweise darüber nachdenken, wie sich die Weltraumumgebung auf die Erde auswirkt, und nicht umgekehrt“, sagte Green.
Der Blitz, den wir von Blitzen sehen, ist nur ein Teil der Gesamtstrahlung, die er erzeugt. Blitze erzeugen auch Radiowellen. Auf die gleiche Weise, wie sichtbares Licht von einem Prisma gebeugt wird, werden diese Radiowellen durch elektrisch geladenes Gas, das im Erdmagnetfeld eingeschlossen ist, gebeugt. Dadurch strömen die Wellen entlang der magnetischen Feldlinien der Erde in den Weltraum.
Laut der Blitztheorie löschen Radiowellen die sichere Zone, indem sie mit den Strahlungsgürtelpartikeln interagieren, ein wenig ihrer Energie entfernen und ihre Richtung ändern. Dadurch wird der Spiegelpunkt abgesenkt, der Ort über den Polarregionen, an dem die Partikel abprallen. Schließlich wird der Spiegelpunkt so niedrig; es ist in der Erdatmosphäre. In diesem Fall können die Teilchen des Strahlungsgürtels nicht mehr in den Weltraum zurückprallen, da sie mit atmosphärischen Teilchen kollidieren und ihre Energie abbauen.
Um die Theorie zu bestätigen, verwendete das Team eine globale Karte der Blitzaktivität, die mit der Raumsonde Micro Lab 1 erstellt wurde. Sie verwendeten Radiowellendaten vom Radio Plasma Imager auf der Raumsonde Imager for Magnetopause to Aurora Global Exploration (IMAGE), kombiniert mit Archivdaten der Raumsonde Dynamics Explorer. IMAGE und Dynamics Explorer zeigten, dass die Radiowellenaktivität in der sicheren Zone eng den von Micro Lab 1 beobachteten terrestrischen Blitzmustern folgte.
Laut dem Team gäbe es keinen Zusammenhang, wenn die Radiowellen aus dem Weltraum statt von der Erde kämen. Sie kamen zu dem Schluss, dass magnetische Stürme, die durch heftige Sonnenaktivität verursacht werden, einen neuen Vorrat an Hochgeschwindigkeitsteilchen in die sichere Zone einbringen, der Blitz sie in wenigen Tagen wegräumt.
Ingenieure könnten schließlich Raumschiffe entwickeln, um Radiowellen mit der richtigen Frequenz und Position zu erzeugen, um Strahlungsgürtel um andere Planeten zu beseitigen. Dies könnte für die menschliche Erforschung interessanter Körper wie des Jupitermondes Europa nützlich sein, der innerhalb des intensiven Strahlungsgürtels des Riesenplaneten kreist.
Das Forschungsteam umfasste Drs. Scott Boardsen, Leonard Garcia, William Taylor und Shing Fung von Goddard; und Dr. Bodo Reinisch, University of Massachusetts, Lowell. Bilder und Informationen zu dieser Recherche im Web finden Sie unter: http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/image_lightning.html
Originalquelle: NASA-Pressemitteilung