Kalte Plasmaschicht Hoch Über Der Erde Entdeckt

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Eine schicht kalten plasmas, von der angenommen wurde, dass sie hoch über der erdoberfläche existiert, wurde schließlich von satelliten entdeckt, die nach signaturen elektrischer felder suchten. Der nachweis der ionen könnte den wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie sich die antike atmosphäre des mars als zerstörte

Es wurde vermutet, dass kalte, elektrisch geladene Teilchen Zehntausende von Meilen über der Erdoberfläche vorhanden waren, und Wissenschaftler haben jetzt erstmals solche Ionen dort entdeckt. Und auf diesen Höhen sind sie wesentlich häufiger als bisher angenommen.

Kälte ist natürlich ein relativer Begriff. Obwohl diese energiearmen Ionen 1.000-mal kühler sind als das, was die Forscher als heißes Plasma bezeichnen könnten, haben diese Teilchen immer noch eine Energie, die ungefähr 1 Million Grad Fahrenheit (500.000 Grad Celsius) entspricht. Da die Dichte der "kalten" Ionen im Weltraum jedoch so gering ist, können Satelliten und Raumsonden durch sie kreisen, ohne zerstört zu werden.

Wissenschaftler hatten die Ionen in einer Höhe von etwa 100 km entdeckt, doch die Forscher wollten sie jahrzehntelang viel höher suchen, zwischen 20.000 und 100.000 km. Zu wissen, wie viele kalte Ionen dort verweilen, könnte helfen, besser zu verstehen, wie unser Planet mit Stürmen geladener Teilchen aus der Sonne interagiert - wie der, der gestern (24. Januar) auf den Planeten geschlagen war - und dabei Auroras erzeugt, Satelliten beschädigt und manchmal Verwüstungen mit sich bringt Stromnetze auf der Erde.

Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, kaltes Plasma in diesen Höhenlagen zu entdecken. Raumschiffe, die weit oben angesammelt sind, sammeln aufgrund des Sonnenlichts eine elektrische Ladung, wodurch sie die kalten Ionen abstoßen.

Der Durchbruch gelang mit einem der vier CLUSTER-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation. Diese sind mit einem Detektor ausgestattet, der aus dünnen Drahtarmen besteht, die das elektrische Feld zwischen ihnen messen, wenn sich der Satellit dreht.

"Es ist überraschend, dass wir die kalten Ionen mit unserem Instrument überhaupt gefunden haben", sagte der Forscher Mats André, ein Weltraumforscher am schwedischen Institut für Weltraumphysik in Uppsala, gegenüber OurAmazingPlanet. "Es wurde überhaupt nicht dafür entworfen. Es wurde entwickelt, um elektrische Felder zu beobachten."

'Hässliche' elektrische Felder

Zwei mysteriöse Trends zeigten sich, als die Wissenschaftler die Daten dieser Detektoren analysierten. In unerwarteten Bereichen des Weltraums traten starke elektrische Felder auf, und als sich das Raumfahrzeug drehte, schwankten die Messungen der elektrischen Felder nicht in der sich stetig ändernden Art und Weise, die die Ermittler erwarteten.

"Für einen Wissenschaftler sah es ziemlich hässlich aus", sagte André. "Wir haben versucht herauszufinden, was mit dem Instrument nicht in Ordnung war. Dann haben wir festgestellt, dass mit dem Instrument nichts falsch ist."

Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass kaltes Plasma elektrische Felder in der Umgebung des Satelliten beeinflusste. Sobald die Wissenschaftler das verstanden hatten, konnten sie messen, wie viele der einst verborgenen Ionen dort waren.

"Je mehr Sie nach energiearmen Ionen suchen, desto mehr finden Sie", sagte André. "Wir wussten nicht, wie viel da draußen war. Es ist mehr als ich dachte."

Rendering des Cluster-Satelliten zur Messung elektrischer Felder, mit dem Andre und Cully energiereiche Ionen hoch über der Erde detektierten.

Rendering des Cluster-Satelliten zur Messung elektrischer Felder, mit dem Andre und Cully energiereiche Ionen hoch über der Erde detektierten.

Kredit: Europäische Weltraumorganisation

Obwohl die Konzentration der zuvor verborgenen kalten Ionen variiert, stellen die Forscher in etwa 50 bis 70 Prozent der Zeit fest, dass sie den Großteil der Masse von Höhenzonen ausmachen. Diese zuvor schwer fassbaren niederenergetischen Ionen wurden sogar in Höhen von etwa 100.000 km (etwa 100.000 km), etwa einem Drittel der Entfernung zum Mond, nachgewiesen. Es ist überraschend, so viele relativ kühle Ionen in diesen Regionen zu finden, da der Sonnenwind die Höhen der Erde sprengt.

"Es ist überraschend, dass es so viele kalte Ionen gab", sagte André. "Es hat lange Zeit Hinweise gegeben, und mit früheren Raumsonden, aber ich glaube nicht, dass irgendjemand, nicht ich, diese kalte, verborgene Bevölkerung für so große Mengen dominieren könnte."

Ionen verlieren

Weltraumphysiker haben sich bemüht, genau zu bestimmen, wie viele niederenergetische Ionen den Planeten verlassen. Die neuen Erkenntnisse legen nahe, dass etwa zwei Pfund. (1 Kilogramm) kaltes Plasma entweicht jede Sekunde aus der Erdatmosphäre.

Die Kenntnis dieser Verlustrate für die Erde könnte Wissenschaftlern dabei helfen, besser zu verstehen, was aus der Marsatmosphäre geworden ist, von der man annimmt, dass sie früher dichter war und der Erde ähnlicher ist. Die neuen Ergebnisse des kalten Plasmas könnten den Forschern auch dabei helfen, die atmosphärischen Merkmale anderer Planeten und Monde, einschließlich außerirdischer Welten oder Exoplaneten, zu erklären, sagte André.

"Wenn jemand von einem Exoplaneten lebt, möchte er wahrscheinlich eine Atmosphäre, die nicht wegbläst", sagte André.

Wenn Wissenschaftler das kalte Plasma um die Erde kartieren, könnten sie außerdem mehr darüber erfahren, wie es bei Sonnenstürmen und anderen Ereignissen reagiert und so das Verständnis des Weltraumwetters vertieft. André verglich die Schwaden energiearmer Ionen mit einem Tiefdruckgebiet bei unserem bekannten, bodenständigen Wetter. "Vielleicht möchten Sie wissen, wo sich das Tiefdruckgebiet befindet, um einen Sturm vorherzusagen", sagte er.

André und sein Kollege Christopher Cully detaillierten ihre Ergebnisse am 23. Dezember in der Zeitschrift Geophysical Research Letters.


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