Fehlende Elektronen: NASA-Raumsonden haben überraschende Daten aus dem inneren Strahlengürtel der Erde geliefert. Demnach gibt es dort entgegen gängiger Lehrmeinung gar keine ultraschnellen, energiereichen Elektronen. Stattdessen sorgten bisher offenbar Störeffekte der dominierenden Protonen für diesen Eindruck. Die neuen Messdaten zeigen zudem erstmals genauer, wie lange die bei Sonnenstürmen eindringenden Teilchen im inneren Van-Allen-Gürtel überleben.

Die Van-Allen-Gürtel sind ein wichtiger Teil des planetaren Schutzschilds unserer Erde. Denn sie fangen einen Großteil der harten Strahlung und der energiereichen geladenen Teilchen aus dem Weltraum ab. Gleichzeitig sorgen diese Schutzschilde immer wieder für Überraschungen. So entdeckten Forscher vorübergehend einen dritten Ring, eine zuvor unbekannte Plasmabarriere und seltsame Zebrastreifen.

Protonen-Störeffekte beseitigt

Jetzt haben Daten der beiden NASA-Sonden Van Allen Probes überraschende Daten aus dem inneren Van-Allen-Gürtel geliefert. Nach gängiger Lehrmeinung besteht dieser in rund 6.000 Kilometern Höhe beginnende Innengürtel vorwiegend aus energiereichen Protonen und deutlich weniger Elektronen. Zudem galt der Innenring gegenüber dem turbulenten Außenring als deutlich konstanter und ruhiger.

Unklar blieb jedoch, wie viele Elektronen es tatsächlich im inneren Van-Allen-Gürtel gibt und wie sie sich verhalten. Der Grund dafür: „Die energiereichen Protonen kontaminieren die Messungen und wir hatten bisher nie eine gute Methode, um sie aus den Daten zu entfernen“, erklärt Studienleiter Seth Claudepierre von der Aerospace Corporation im kalifornischen El Segundo. Das Magnetic Electron and Ion Spectrometer (MagEIS) der Van allen Probes hat dies nun geändert.

Keine superschnellen Elektronen

Die Messungen enthüllten: Im inneren Strahlengürtel gibt es entgegen bisherigen Annahmen offenbar gar keine ultraschnellen Elektronen. „Wir finden während der gesamten Messzeit von April 2013 bis September 2016 keinerlei Belege für die Präsenz von Elektronen mit mehr als 1,6 Megaelektronenvolt Energie“, berichten die Forscher. Die vermeintlichen Signaturen solcher Elektronen bei früheren Messungen seien wahrscheinlich auf Störeinflüsse der Protonen zurückzuführen.

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Bei einem starken Sonnensturm werden Elektronen weit in den Van-Allen-Gürtel transportiert und füllen kurzzeitig die Lücke zwischen beiden Ringen auf. Ein Teil von ihnen füllt den inneren Strahlengürtel neu auf. © NASA/GSFC, Mary Pat Hrybyk-Keith

Selbst während eines heftigen Sonnensturms im Juni 2015 registrierten die Sonden keine Elektronen dieser hohen Energien im inneren Bereich. Dafür transportierte der Sturm etwas langsamere Elektronen von rund einem Megaelektronenvolt Energie in großen Mengen nach innen und füllte zeitweilig die Lücke zwischen den beiden Strahlengürteln auf. Während die in der Lücke bleibenden Elektronen jedoch schon nach rund zehn Tagen verschwanden, blieben bis nach innen vorgedrungene Teilchen rund eineinhalb Jahre erhalten.

„Völlig neue Erkenntnisse“

„Die neuen Ergebnisse verändern unsere Vorstellung über den Strahlengürtel in diesem Bereich völlig“, sagt Claudepierre. Denn die Elektronenpopulation ist anders zusammengesetzt als gedacht und auch die Lebensdauer der Teilchen ist je nach Energieniveau und Position sehr unterschiedlich.

Obwohl die Van-Allen-Gürtel schon vor mehr als 50 Jahren entdeckt worden sind, sorgen sie demnach noch immer für Überraschungen.

„Die neuen Messungen eröffnen uns ganz neue Möglichkeiten der Forschung“, kommentiert Shri Kanekal vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt. „So können wir nun beispielsweise untersuchen, unter welchen Bedingungen Elektronen bis in den inneren Gürtel vordringen können und welche Elektronen durch welche Sonnenstürme bewegt werden.“ (Journal of Geophysical Research, 2017; doi: 10.1002/2016JA023719)

20. März 2017