Streifen im Strahlungsgürtel der Erde

Die Energie von Elektronen im inneren Strahlungsgürtel der Erde zeigt eine überraschende, Zebrastreifen ähnelnde Verteilung. Das zeigen Messungen eines Forscherteams in den USA mit den Van-Allen-Sonden, die seit August 2012 die Erde umkreisen. Ursache der ungewöhnlichen Verteilung sei die Rotation der Erde, die zu täglichen Schwankungen der elektrischen und magnetischen Felder führe, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Bislang dachte man, dass Strukturen in der normalerweise glatten Energieverteilung der Teilchen in den irdischen Strahlungsgürteln durch einen verstärkten Sonnenwind ausgelöst werden“, schreiben Aleksandr Ukhorskiy von der John Hopkins University im US-Bundesstaat Maryland und seine Kollegen. Doch die Messungen der Van-Allen-Sonden zeigen das Streifenmuster nicht nur zu Zeiten geringer Sonnenaktivität, sondern das Muster ist dann sogar stärker als bei hoher Aktivität unseres Zentralgestirns.

Ukhorskiy und seine Kollegen schließen daraus, dass die „Zebrastreifen“ nicht von außen, sondern von innen, also von der Erde, erzeugt werden. Die Pole des Erdmagnetfelds stimmen nicht exakt mit den geografischen Polen überein. Dadurch führt die Erdrotation zu täglichen Schwankungen der elektrischen und magnetischen Feldstärken – und diese beeinflussen über einen Resonanzeffekt die Energieverteilung der Elektronen. In einem Computermodell konnten die Forscher den Effekt reproduzieren: Das Modell erzeugt ein Streifenmuster, dass dem beobachteten Muster stark ähnelt.

Van-Allen-Sonden

Bislang waren die Forscher davon ausgegangen, dass die Erdrotation die Energieverteilung der Teilchen in den Strahlungsgürteln nicht signifikant beeinflussen kann. Das elektrische Feld in der inneren Magnetosphäre ist so schwach, dass es die Geschwindigkeit von Elektronen – die sich dort mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen – nur um ein bis zwei Kilometer pro Sekunde ändern kann. Die Untersuchung von Ukhorskiy und seinen Kollegen zeigt nun jedoch, dass eine Resonanz zwischen den täglichen Schwankungen des Feldes und der Bewegung der Elektronen zu einem erheblich größeren Effekt führt.