Laut einer neuen Studie von Wissenschaftlern der University of Colorado Boulder könnten Blitzeinschläge auf der Erde ultraheiße „Killerelektronen“ auf unseren Planeten regnen lassen. Aufgrund dieses Ergebnisses schlägt das Team vor, dass sich Weltraumwetter und Erde zu einem „kosmischen Flipper“ vereinen können.
Die Entdeckung wurde fast zufällig gemacht, als das Team Satellitendaten untersuchte, die zeigten, dass hochenergetische und schnelle „heiße“ Elektronen aus dem inneren Strahlungsgürtel – einer Region geladener Teilchen, die unseren Planeten umhüllt und von ihnen an Ort und Stelle gehalten wird – gelöst werden können Die schützende magnetische Blase der Erde, bekannt als Magnetosphäre.
Diese Forschung könnte Wissenschaftlern dabei helfen, Satelliten und andere Instrumente im Orbit vor Schäden zu schützen und Astronauten bei zukünftigen Weltraummissionen vor potenziell tödlicher Strahlung zu schützen. Es deutet auch darauf hin, dass Weltraumwetter und Erdwetter stärker miteinander verflochten sind als bisher angenommen.
„Diese Teilchen sind die gruseligen oder das, was manche Leute ‚Killerelektronen‘ nennen.“ Sie können Metalle auf Satelliten durchdringen, Leiterplatten treffen und krebserregend sein, wenn sie eine Person im Weltraum treffen“, sagte Teamleiter und Forscher Max Feinland von der University of Colorado Boulder in einer Erklärung.
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Killerelektronen laden auf!
Um die Erde gewickelt sind zwei Gürtel aus eingefangenen hochenergetischen Teilchen, die von der Magnetosphäre an Ort und Stelle gehalten werden. Diese werden als Van-Allen-Strahlungsgürtel bezeichnet.
Killerelektronen rasen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch diese Gürtel und tragen dabei jede Menge Energie mit sich. Diese Partikel können nicht nur die Abschirmung von Satelliten durchdringen, sondern auch mikroskopisch kleine Blitzeinschläge verursachen, die lebenswichtige und empfindliche Komponenten von Raumfahrzeugen beschädigen oder sogar zerstören können.
Es wird angenommen, dass der innere Bereich der Gürtel in einer Höhe von etwa 600 Meilen (966 Kilometer) über der Erde beginnt, während die äußere Schicht vermutlich in etwa 12.000 Meilen (19.312 km) über der Oberfläche unseres Planeten beginnt.
Die Van-Allen-Gürtel dienen als lose Barriere zwischen der Erdatmosphäre und ihrer Weltraumumgebung. Sie sind außerdem dynamisch, bewegungs- und veränderbar. Wissenschaftler wissen seit einiger Zeit, dass geladene Teilchen vom äußeren Strahlungsgürtel in Richtung Erde fallen können. Es wurden auch niederenergetische oder „kalte“ Partikel entdeckt, die aus dem stabileren inneren Strahlungsgürtel fallen.
Dies ist der erste Hinweis darauf, dass hochenergetische geladene Teilchen auch aus dem als stabiler geltenden Innengürtel „regnen“ können. Es ist auch der erste Hinweis darauf, dass dieser „Elektronenregen“ durch Blitze ausgelöst werden kann.
„Das Weltraumwetter wird wirklich sowohl von oben als auch von unten bestimmt“, sagte Teammitglied Lauren Blum vom Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) an der CU Boulder in der Erklärung. „Normalerweise gilt der Innengürtel als etwas langweilig. Er ist stabil. Er ist immer da.“
Das Team geht davon aus, dass, wenn Blitze am Himmel über der Erde zucken, Radiowellen in den Weltraum gesendet werden. Wenn diese Radiowellen auf Elektronen in den Strahlungsgürteln rund um unseren Planeten treffen, können sie lose Elektronen abschütteln und so einen „blitzinduzierten Elektronenniederschlag“ oder „Elektronenregen“ verursachen.
Bei der Analyse von Daten des inzwischen stillgelegten NASA-Satelliten Solar, Anomalous, and Magnetospheric Particle Explorer (SAMPEX) sah Feinland „Klumpen“ hochenergetischer Elektronen, die sich durch den inneren Strahlungsgürtel der Erde bewegten. Er brachte diese Beobachtungen zu Blum, der ihm sagte: „Das ist nicht der Ort, an dem diese sein sollen.“
Kosmischer Flipper
Bei weiteren Untersuchungen identifizierte das Duo 45 Ausbrüche hochenergetischer Elektronen in den inneren Strahlungsgürteln, die im Jahrzehnt zwischen 1996 und 2006 auftraten. Feinland verglich diese Daten dann mit Aufzeichnungen von Blitzeinschlägen über Nordamerika. Es stellte sich ein Zusammenhang zwischen Blitzeinschlägen und Elektronenspitzen heraus, die etwa eine Sekunde nach dem Blitzeinschlag auf dem Boden auftraten.
Das Team geht davon aus, dass ein Blitzeinschlag ein hektisches Flipperspiel auslöst, das die gesamte Erde umfasst. Ausgelöste Radiowellen breiten sich nach oben in den Weltraum aus und treffen im inneren Strahlungsgürtel auf Elektronen.
Dies wirkt in diesem figurativen Flipperspiel wie eine „Ball hinzufügen“-Funktion, bei der Elektronen fallen gelassen werden, die dann chaotisch zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre der Erde hin- und herspringen. Diese Phase des Prozesses dauert nur 0,2 Sekunden. Einige der Elektronen, die hektisch zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre unseres Planeten pendeln, fallen dann in unsere Atmosphäre.
„Man hat einen großen Elektronenklumpen, der abprallt und dann zurückkehrt und erneut abprallt“, sagte Blum. „Sie werden dieses anfängliche Signal sehen, und es wird abklingen.“
Blum, Feinland und Kollegen wissen derzeit nicht, wie oft diese Anfälle von „Killerelektronenregen“ auftreten. Eine Theorie besagt, dass sie am häufigsten in Zeiten auftreten, in denen die Sonne besonders aktiv ist und mehr hochenergetische Elektronen auf die Erde schleudert, die von der Magnetosphäre erfasst werden und die Van-Allen-Gürtel wieder auffüllen.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 8. Oktober in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
