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last change 2007 March 23, H. Önel |
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Solare
Radiophysik - Forschungsbereich Bereich I |
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Weltraumwetter
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Was ist
Weltraumwetter? |
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Die Phänomene der aktiven Sonne, wie
Flares und koronale Massenauswürfe (coronal mass ejections,
CMEs), haben großen Einfluss auf die Erde und ihre Umgebung.
Flares erzeugen intensive Röntgenstrahlung und beschleunigen
Elektronen, Protonen und schwere Ionen auf hohe Energien,
während CMEs ebenfalls hochenergetische Teilchen produzieren
sowie bei ihrem Auftreffen auf die Erdmagnetosphäre
erdmagnetische Stürme auslösen können. Diese Auswirkungen
der solar-terrestrischen Beziehungen werden
Weltraumwetter genannt. Die
obige Abbildung wurde mit dem Koronographen
LASCO auf der
Raumsonde
SOHO am 28. Oktober 2003 aufgenommen. Es zeigt ein CME, das sich nach einem starken Flare auf den Beobachter zu
und damit in Richtung Erde bewegt. Es löste später einen
erdmagnetischen Sturm aus. Der "Schneesturm" im Bild wird
durch energiereiche Protonen verursacht, die auf den
CCD-Chip der Kamera treffen. Für einen Astronauten wäre die
Strahlendosis lebensgefährlich. |
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Beim Auftreffen eines CMEs auf die
Magnetosphäre der Erde wird diese zusammengestaucht und
Rekonnektionsprozesse ausgelöst. Die rasche Änderung des
Magnetfeldes wird als erdmagnetischer Sturm bezeichnet.
Ferner kommt es zur Beschleunigung von Teilchen in der
Magnetosphäre, deren Eindringen in die Atmosphäre als
Polarlicht sichtbar ist. |
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Auswirkungen des
Weltraumwetters |
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Das Weltraumwetter hat starke
Auswirkungen auf die Erde und unsere technische
Zivilisation. Die Auswirkungen lassen sich in folgende
Gruppen zusammenfassen:
- Erhöhte elektromagnetische
Strahlung
Hierbei handelt es sich hauptsächlich um
Röntgenstrahlung von Flares. Die Strahlung wird in der
oberen Erdatmosphäre absorbiert und heizt diese auf. Die
Atmosphäre dehnt sich infolgedessen aus, so dass die
Teilchendichte im Bereich niedriger Satellitenorbits (etwa
400 km Höhe) ansteigt. Durch den erhöhten Luftwiderstand
können Satelliten von ihrer Bahn abkommen und letztendlich
abstürzen. Da Gasmoleküle der Luft durch die Strahlung
ionisiert werden, verändert sich außerdem die Struktur der
Ionosphäre. Dies hat Auswirkungen z.B. auf den
Kurzwellenfunk, aber auch auf Navigationssysteme wie GPS,
da die Ausbreitung der Satellitensignale durch die
Ionosphäre für eine exakte Positionsbestimmung mit hoher
Genauigkeit modelliert werden muss.
- Energiereiche Teilchen
Die von Flares und CMEs erzeugten energiereichen Protonen
und Elektronen können die Elektronik von Satelliten
schädigen und Astronauten gefährden.
- Erdmagnetische Stürme
Ein durch den Aufprall eines CMEs auf die Erdmagnetosphäre
verursachter erdmagnetischer Sturm ist mit einer raschen
Änderung von Richtung und Stärke des Magnetfelds am Boden
verbunden. Dadurch können in ausgedehnten elektrischen
Leitern wie Hochspannungsleitungen oder Pipelines hohe
Ströme induziert werden. Die Folge sind Stromausfälle und
beschädigte Transformatoren, bzw. rasche Korrosion von
Pipelines.
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Beobachtungen des
Weltraumwetters |
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Die von Flares und CMEs produzierten
energiereichen Teilchen lassen sich mit Satelliten direkt
messen, oder indirekt durch die von ihnen produzierte Radio-
und Röntgenstrahlung nachweisen. Die Plasmawolken von CMEs
lassen sich direkt durch Koronographen beobachten, und ihre
Eigenschaften können detailliert untersucht werden wenn ein
CME einen Satelliten passiert.
Die Arbeitsgruppe Solare
Radiophysik des AIP ist Betreiber des
Observatorium für
Solare Radioastronomie (OSRA) in Tremsdorf und unter
anderem an folgenden Missionen beteiligt, mit denen sich das
Weltraumwetter beobachten lässt:
- Radiobeobachtungen
Die Radiodaten des OSRA
decken die Korona der Sonne ab, und
SWAVES
auf STEREO erweitert den
Beobachtungsbereich zu niedrigen Frequenzen hin, die aus dem
Übergangsbereich von der Korona in den interplanetaren Raum
stammen. Zusätzlich liefern die beiden
STEREO - Sonden eine räumliche
Auflösung, so dass sich CMEs besser verfolgen lassen.
Zukünftig wird LOFAR abbildende
Beobachtungen bis zu 30 MHz herunter ermöglichen, so dass
die Ausbreitung von CMEs in ihrer Frühphase beobachtbar
wird.
- Röntgenstrahlung
Die von einem Flare erzeugten energetischen Teilchen
emittieren bei ihrem Auftreffen auf dichtere Schichten der
Sonnenatmosphäre Röntgenstrahlung. Mit dem Röntgenteleskop
RHESSI können die
Röntgenquellen lokalisiert und gleichzeitig die Spektren der
Strahlung gemessen werden, und so Einblicke in die Physik
solarer Flares gewonnen werden.
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