Als Vincent van Gogh 1889 "Die Sternennacht" malte, wusste er nicht, dass er an der Spitze der Astrophysik des 21. Jahrhunderts arbeitete. Eine kürzlich in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichte Arbeit zeigt, dass dieselbe Art von Wellen, die in dem berühmten Gemälde dargestellt ist, geomagnetische Stürme auf der Erde verursachen kann.
Physiker nennen sie "Kelvin-Helmholtz-Wellen". Sie entstehen, wenn Gasströme mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbeiströmen. Van Gogh sah sie in hohen Wolken vor dem Fenster seines Asyls in Saint-Rémy, Frankreich. Sie bilden sich auch im Weltraum, wo der Sonnenwind das Magnetfeld der Erde umströmt.
"Wir haben Kelvin-Helmholtz-Wellen gefunden, die sich an den Flanken der Magnetosphäre der Erde abspielen", sagt Shiva Kavosi von der Embry-Riddle Aeronautical University, Hauptautor der Nature-Veröffentlichung. "Die NASA-Raumsonden surfen auf diesen Wellen und messen direkt ihre Eigenschaften".
Dieser Verdacht wurde erstmals in den 1950er Jahren von Theoretikern geäußert, die mathematische Modelle des Sonnenwinds erstellten, der auf das Magnetfeld der Erde trifft. Bis vor kurzem war dies jedoch nur eine Idee; es gab keinen Beweis für die Existenz dieser Wellen. Als Kavosis Team die von den NASA-Raumsonden THEMIS und MMS seit 2007 gesammelten Daten untersuchte, sahen sie eindeutige Hinweise auf Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten.
"Die Wellen sind riesig", sagt Kavosi. "Sie haben eine Wellenlänge von 2 bis 6 Erdradien und eine Amplitude von bis zu 4 Erdradien."
Dieses Computermodell zeigt, wie sich van Gogh-Wellen an der Flanke der Erdmagnetosphäre entlang bewegen. Kredit: Shiva Kasovi.
Stellen Sie sich eine Welle vor, die größer als die Erde ist und sich überschlägt und bricht. Das ist genau das, was passiert. Kelvin-Helmholtz-Wellen brechen auf natürliche Weise am Magnetfeld der Erde und schleudern energetische Teilchen tief in die Magnetosphäre. Dadurch werden die Strahlungsgürtel der Erde in Gang gesetzt, was geomagnetische Stürme und Polarlichter auslöst.
Ein wichtiges Ergebnis von Kavosis Arbeit ist, dass die Wellen die Tagundnachtgleiche bevorzugen. Sie treten dreimal häufiger zu Frühlings- und Herbstbeginn auf als im Sommer und Winter. Forscher wissen seit langem, dass die geomagnetische Aktivität um die Tagundnachtgleiche am höchsten ist. Die Aktivität der Kelvin-Helmholtz-Wellen könnte ein Grund dafür sein.
Die jahreszeitliche Abhängigkeit der geomagnetischen Aktivität auf unserem Planeten war schon immer ein kleines Rätsel. Schließlich weiß die Sonne nicht, wann es auf der Erde Herbst ist. Eine Idee besagt, dass sich das Magnetfeld der Erde um die Tagundnachtgleiche herum aufgrund der Neigung der Magnetpole der Erde mit dem der Sonne verbindet. Dieser Effekt wird als Russell-McPherron-Effekt bezeichnet, nach den Forschern, die ihn 1973 erstmals beschrieben. Die Forschungen von Kavosi zeigen, dass auch Kelvin-Helmholtz-Wellen eine Rolle spielen könnten.
Der Herbst im Norden hat gerade begonnen, was bedeutet, dass Kelvin-Helmholtz-Wellen um unseren Planeten kreisen und "Sternennacht"-Auroras hervorrufen. Einen schönen Herbst!
Quelle: https://spaceweather.com/
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