Forschungsteam bestätigt „böige Winde“ in Weltraum-Turbulenzen

Man stelle sich vor, in einem Flugzeug zu reisen, das von Windböen hin und her geschüttelt wird, deren Existenz man nicht beweisen kann, die aber trotzdem da sind. Vergleichbare Turbulenzen existieren im Weltraum und ein von der University of Iowa (UI) geleitetes Forschungsteam berichtet, sie erstmals im Labor direkt gemessen zu haben.

„Turbulenzen sind nicht auf Umgebungen hier auf der Erde beschränkt, sie entstehen auch im ganzen Sonnensystem und darüber hinaus und erzeugen chaotische Bewegungen in dem ionisierten Gas – dem Plasma -, das das Universum ausfüllt“, sagt Gregory Howes. Er ist Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der UI und Hauptautor der Abhandlung, die am 17. Dezember 2012 in der Online-Ausgabe der Physical Review Letters, dem Journal der Americal Physical Society, veröffentlicht wurde. „Man nimmt an, dass sie eine Schlüsselrolle beim Aufheizen der Sonnenatmosphäre (der Korona) auf Temperaturen von einer Million Grad Celsius spielen – das ist fast tausendmal heißer als die Oberfläche der Sonne.“

Er ergänzt: „Turbulenzen regulieren außerdem die Entstehung von Sternen in der Galaxie, bestimmen die von dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie emittierte Strahlung und steuern die Auswirkungen, die das Weltraumwetter auf die Erde hat.“

Eine gut bekannte Quelle böiger Weltraumwinde sind die starken Emissionen aus geladenen Teilchen von der Sonne, sogenannte koronale Massenauswürfe (coronal mass ejection, CME). Diese von der Sonne angetriebenen Winde können die Satellitenkommunikation, die Luftfahrt und Stromnetze nachteilig beeinflussen. Auf der positiven Seite können Sonnenstürme auch zu faszinierenden Polarlichtern an den Polen der Erde führen.

Howes merkt an, dass die turbulenten Bewegungen im Weltraum und in astrophysikalischen Systemen im Gegensatz zu Windböen auf der Erdoberfläche von Alfvén-Wellen bestimmt werden, das sind sich bewegende Störungen der Plasma- und Magnetfelder. Nicht-lineare Interaktionen zwischen Alfvén-Wellen, die sich im Magnetfeld hoch- und runterbewegen (etwa zwei magnetische Wellen, die kollidieren, um eine dritte Welle zu bilden), sind ein fundamentaler Baustein von Plasmaturbulenzen und moderne Theorien über astrophysikalische Turbulenzen basieren auf diesem zugrunde liegenden Konzept.

„Wir haben die erste experimentelle Messung der nicht-linearen Interaktion zwischen gegenläufig ausbreitenden Alfvén-Wellen in einem Labor-Plasma präsentiert – der Grundbaustein von astrophysikalischen Turbulenzen“, sagt Howes.

Diese Animation zeigt die Turbulenzen, wobei hellere Farben (gelb und rot) auf stärkere Störungen hinweisen. (James Schoeder and Basic Plasma Science Facility, UCLA)

Mitwirkende Autoren der Abhandlung sind D.J. Drake, K.D. Nielson, Craig Kletzing und Fred Skiff von der University of Iowa und T.A. Carter von der University of California in Los Angeles (UCLA). Die Forschungsarbeit wurde mit dem Large Plasma Device an der UCLA durchgeführt und durch Fördergelder der NSF/DOE Partnerschaft für Basic Plasma Science and Engineering finanziert.

Die Abhandlung mit dem Titel „Toward Astrophysical Turbulence in the Laboratory“ ist unter http://lanl.arxiv.org/abs/1210.4568 verfügbar. Howes war 2010 Preisträger des Presidential Early Career Awards for Scientists and Engineers. Im Jahr 2011 gewann er einen fünfjährigen Faculty Early Career Development Award von der NSF, um den Sonnenwind in Erdnähe zu untersuchen.

Quelle: http://now.uiowa.edu/2012/12/ui-led-team-confirms-gusty-winds-space-turbulence

(THK)