Weltraumwetter beeinflusst Plasmasphäre der Erde
Der äußere Van-Allen-Strahlungsgürtel ist weitaus dynamischer als der innere. Es ist oft von Sonnenstürmen betroffen, die sich auf die Magnetosphäre der Erde auswirken. Zu diesen Zeitpunkten kann die Dichte der energiereichen Elektronen und Protonen um mehrere Größenordnungen schwanken. Wertvolle Weltraumressourcen wie beispielsweise Satelliten sind während dieser sogenannten geomagnetischen Stürme in Gefahr. Die Strahlungsgürtel überschneiden sich mit der Plasmasphäre, einem ringförmigen Bereich aus Niedrigenergieteilchen, der sich mit der Erde gemeinsam dreht. EU-finanzierte Wissenschaftler initiierten das Projekt PLASMON (A new, ground based data-assimilative modeling of Earth's plasmasphere - A critical contribution to radiation belt modeling for space weather purposes), um die Rolle der Plasmasphäre für die Dynamik der Strahlungsgürtel aufzuklären. Die Plasmasphäre bestimmt das Wachstum und die Ausbreitung von Plasmawellen, welche für die Energieversorgung der Strahlungsgürtel und den Partikelverlust durch Welle-Teilchen-Wechselwirkungen verantwortlich sind. Die PLASMON-Wissenschaftler wollten mit Hilfe von Messungen bodengestützter Magnetometer ermitteln und überwachen, wie die beiden Teilchenpopulationen interagieren. Das AWDANet (Automatic Whistler Detector and Analyzer Network) wurde durch Whistler-Inversionskapazitäten erweitert und verbessert und kann nun die Plasmasphärenelektronendichte quasi in Echtzeit bereitstellen. Überdies wurden die existierenden MM100- und SEGMA-Magnetometernetzwerke um neue Stationen in Kroatien, Litauen, Namibia, Polen und der Slowakei ergänzt, welche das European Magnetometer Network (EMMA) bilden, das Plasmamassendichten durch Feldlinienresonanzen (Field Line Resonances, FLR) erzielt. Sehr genaue und ergänzende Daten, die zur gleichen Zeit und an verschiedenen Orten gesammelt werden, tragen dazu bei, Änderungen in den Dichten der Plasmasphäre offenzulegen. Die Messungen decken jedoch nur teilweise die Plasmasphäre ab. Die PLASMON Wissenschaftler brauchten eine globale Karte der Plasmadichte in Zeit wie auch Raum, um den Effekt der Welle-Teilchen-Wechselwirkungen auf die Dynamik der Strahlungsgürtel zu bestimmen. Die Daten wurden daher mit fortschrittlichen Datenassimilationsschemata in ein numerisches Modell des Plasmasphäre integriert. Dieses auf Physik basierende Modell der Plasmasphäre, in das kontinuierlich neue Messungen eingehen, wurde dazu verwendet, Strukturen innerhalb oder außerhalb der Plasmapause zu identifizieren, die wahrscheinlich erhöhte Elektronenverluste verursachen. Die PLASMON-Wissenschaftlern überwachten den relativistischen Elektronenniederschlag in Perioden hoher geomagnetischer Aktivität anhand der Störung von militärischen VLF-Sendern. Das Vorhandensein dieser Strahlungsgürtel ist ein Schlüsselfaktor für die Entwicklung und den Betrieb sämtlicher Raumfahrzeuge in erdnahen Umlaufbahnen sowie eine Naturgefahr für die Astronauten. Genaue Vorhersagen über die Dynamik der Gürtel waren eines der Hauptziele des Projekts PLASMON. Besseres Verständnis der zugrunde liegenden Physik war der Schlüssel zum Erfolg.
Schlüsselbegriffe
Weltraumwetter, Plasmasphäre, Van-Allen-Strahlungsgürtel, Whistler, FLR, Datenassimilation, VLF-Sender, geomagnetische Aktivität