Eine Illustration der magnetischen Explosion. NASA
NASA-Wissenschaftler haben eines der vielen Geheimnisse der Sonne aufgedeckt.
Eine Art von Sonneneruption, die Minuten anhält, erzeugt genug Energie, um die Erde 20.000 Jahre lang mit vorhersehbarer und schneller Geschwindigkeit zu versorgen.
Wissenschaftler versuchen seit mehr als einem halben Jahrhundert, den als schnelle magnetische Wiederverbindung bezeichneten Prozess zu verstehen, und Forscher der NASA haben es möglicherweise gerade herausgefunden, ein Bericht von der Raumfahrtbehörde enthüllt.
Neue Untersuchung fördert das Streben nach grenzenloser Energie
Die Entdeckung könnte neue Einblicke in Prozesse liefern, die praktische Anwendungen auf der Erde haben könnten, wie die Kernfusion, die darauf abzielt, die gleiche Art von Energie wie die Sonne und die Sterne zu nutzen. Sie könnte auch genauere Vorhersagen von geothermischen Stürmen ermöglichen, die elektronische Geräte wie Satelliten beeinträchtigen können.
„Letztendlich, wenn wir verstehen können, wie die magnetische Wiederverbindung funktioniert, können wir Ereignisse besser vorhersagen, die uns auf der Erde treffen können, wie geomagnetische Stürme und Sonneneruptionen“, erklärte Barbara Giles, Projektwissenschaftlerin für MMS und Forschungswissenschaftlerin am Goddard Space der NASAFlugzentrum in Greenbelt, Maryland.
„Und wenn wir verstehen können, wie die Wiederverbindung initiiert wird, wird dies auch der Energieforschung helfen, weil Forscher Magnetfelder in Fusionsgeräten besser kontrollieren könnten“, fuhr sie fort.
Die NASA-Wissenschaftler von ihrer Magnetospheric Multiscale Mission MMS entwickelten eine Theorie, die die Prozesse erklärt, die während der schnellen magnetischen Wiederverbindung ablaufen, dem Namen, der der allerschnellsten Art der magnetischen Wiederverbindung gegeben wurde. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in einem Artikel im Tagebuch Naturkommunikation.
"Wir verstehen endlich, was diese Art der magnetischen Wiederverbindung so schnell macht", sagte der Hauptautor der Studie, Yi-Hsin Liu. "Wir haben jetzt eine Theorie, um es vollständig zu erklären."
Die magnetische Wiederverbindung tritt im Plasma auf, das entsteht, wenn das Gas ausreichend erregt wurde, um seine Atome auseinander zu brechen, wodurch negativ geladene Elektronen und positiv geladene Ionen zurückbleiben. Während des Prozesses wandelt das Plasma magnetische Energie schnell in Wärme und Beschleunigung um.
Insbesondere die schnelle magnetische Wiederverbindung hat Wissenschaftler verwirrt, was zum großen Teil auf die vorhersehbare Natur zurückzuführen ist, in der sie auftritt. "Wir wissen seit einiger Zeit, dass die schnelle Wiederverbindung mit einer bestimmten Rate erfolgt, die ziemlich konstant zu sein scheint", sagte Giles"Aber was diese Rate wirklich antreibt, war bis jetzt ein Rätsel."
Untersuchung der Prozesse des Sonnensystems
Die neue Forschung zeigt, dass eine schnelle Wiederverbindung nur in kollisionsfreien Plasmen stattfindet – einer Art Plasma, dessen Partikel so weit verteilt sind, dass sie nicht miteinander kollidieren. Im Weltraum, wo eine schnelle Wiederverbindung auftritt, befindet sich das meiste Plasma darinkollisionsfreier Zustand.
Die neue Theorie legt auch nahe, dass die schnelle Wiederverbindung durch den Hall-Effekt beschleunigt wird, der die Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern und elektrischen Strömen beschreibt, erklärte die NASA in ihrer Erklärung. Während der schnellen magnetischen Wiederverbindung bewegen sich Ionen und Elektronen getrennt und der Hall-Effektbeginnt, ein instabiles Energievakuum zu erzeugen, das zu einer Wiederverbindung führt. Der Druck der umgebenden Magnetfelder lässt das Energievakuum implodieren, wodurch gewaltige Energiemengen mit einer vorhersehbaren Geschwindigkeit freigesetzt werden.
Plasma reagiert sehr empfindlich auf Magnetfelder, weshalb Kernfusionsreaktoren, Tokamaks genannt, verwenden Sie starke Magnete um das Plasma während der Fusionsreaktion aufrechtzuerhalten. Der nächste Schritt für die MMS-Wissenschaftler der NASA besteht darin, ihre Theorie mit Hilfe von vier Raumfahrzeugen zu testen, die die Erde in einer Pyramidenformation umkreisen, um den Prozess der Wiederverbindung in kollisionsfreien Plasmen mit höherer Auflösung zu untersuchenals dies auf der Erde möglich wäre. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, das Potenzial der Kernfusion zu erschließen, die verspricht, hier auf der Erde grenzenlose nachhaltige Energie bereitzustellen.