Weltraumwetterphänomen erstmals im Labor beobachtet – Physics World

Weltraumwetterereignisse, sogenannte Whistler-Mode-Chorus-Emissionen, wurden erstmals im Labor beobachtet. Diese Emissionen treten auf natürliche Weise in Regionen des Weltraums auf, die von planetarischen Magnetfeldern – den Magnetosphären – dominiert werden, und stehen im Zusammenhang mit den Polarlichtern, die jeden Winter unseren nördlichen und südlichen Himmel erhellen. Ihre genauen Ursprünge sind jedoch kaum bekannt, und ihre Erforschung erfolgte bisher entweder durch Beobachtungen von Raumfahrzeugen oder durch numerische Simulationen. Durch die Nachbildung der Bedingungen, unter denen diese Emissionen entstehen, hoffen Forscher am japanischen National Institute for Fusion Science und der Universität Tokio, sie und ihre Auswirkungen auf umlaufende Satelliten sowie bodengestützte Energie- und Kommunikationsnetze besser zu verstehen.

Choremissionen im Whistler-Modus sind intensive, kohärente Wellen, die hochenergetische Elektronen erzeugen und durch die Magnetosphären des Planeten transportieren. Sie erhalten ihren Namen, weil ihre Frequenzen wiederholt auf eine Weise variieren, die frühe Forscher an den „Morgenchor“ des Vogelgesangs erinnerte. Diese Plasmawellen wurden in der Magnetosphäre des Jupiter und in der vom Erdmagnetfeld beeinflussten Region beobachtet, jedoch noch nie zuvor unter kontrollierten Bedingungen in einem Labor.

Nachbildung von Plasmen vom Magnetosphärentyp

Die erste Aufgabe für Teamleiter Haruhiko Saitoh und Zensho Yoshida bestand darin, ein geeignetes Magnetfeld zu erzeugen, das die Magnetosphäre nachahmt. Die grundlegendste Art von Magnetfeld, die sich in planetaren Magnetosphären bildet, ist ein Dipolfeld, und in der Anlage Ring Trap 1 (RT-1) der Universität Tokio wird diese Art von Feld häufig verwendet, um Plasmen für fortgeschrittene Fusionsexperimente stabil einzuschließen.

In ihrer Arbeit, die sie beschreiben in Nature Communications veröffentlicht Saitoh und Kollegen erzeugten dieses Feld mithilfe einer 110 kg schweren magnetisch schwebenden supraleitenden Spule, die sich im Vakuumgefäß des RT-1 befand. Indem sie das Vakuumgefäß mit Wasserstoffgas füllten und das Gas mit Mikrowellen anregten, erzeugten sie ein hochwertiges Wasserstoffplasma, das auf hohe Temperaturen erhitzte Elektronen enthielt. „Es war eine Herausforderung, im Labor eine Umgebung zu schaffen, die der Magnetosphäre ähnelt“, erzählt Saitoh Physik-Welt„Aber RT-1 kann dies dank der schwebenden supraleitenden Spule in einer Vakuumkammer erreichen.“

Choremissionen könnten ein universelles Phänomen sein

Mithilfe magnetischer Sonden untersuchten die Forscher, wie das Plasma – einschließlich der heißen Elektronenkomponente – schwankt. Sie fanden heraus, dass das Plasma immer dann spontan Whistle-Wave-Chorus-Emissionen erzeugte, wenn es einen erheblichen Anteil an Hochtemperaturelektronen enthielt. Diese Elektronen sind für den Druck des Plasmas verantwortlich, und das Team beobachtete, dass eine Erhöhung ihrer Anzahl die Entstehung von Chorus-Emissionen antreibt.

Laut den Forschern deutet dieses Ergebnis darauf hin, dass Choremissionen ein universelles Phänomen in Plasmen sind, die Hochtemperaturelektronen in einem einfachen Dipolmagnetfeld enthalten. Plasmen dieser Art kommen häufig im Georaum vor, den das Team als „den Raum um die Erde, der besonders eng mit menschlichen Aktivitäten verbunden ist“ definiert. Sie stellen fest, dass mit der Intensivierung solcher Aktivitäten die Untersuchung magnetosphärischer Störungen, die Polarlichter sowie Strom- und Kommunikationsausfälle verursachen können, immer wichtiger wird. „Chor-Emissionen sind wichtig, um diese Auswirkungen zu verstehen und möglicherweise abzuschwächen“, sagen sie.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/space-weather-phenomenon-observed-in-the-lab-for-the-first-time/