Erde (Bildnachweis: NASA/Goddard Space Flight Center)
Eine lange gesuchte unsichtbare Kraft, die die Erde umgibt, wurde mehr als ein halbes Jahrhundert nach ihrer ersten Hypothese entdeckt.
Das als „Polarwind“ bezeichnete Feld erklärt, wie die Erdatmosphäre leicht und schnell über den Nord- und Südpol entweicht, und könnte eine Rolle bei der Gestaltung der dünnen oberen Atmosphäre unseres Planeten gespielt haben. Nach Ansicht der Wissenschaftler ist es für unseren Planeten ebenso wichtig wie die Schwerkraft und das Magnetfeld.
„Dieses Feld ist für das Verständnis der Funktionsweise unseres Planeten von grundlegender Bedeutung – es war von Anfang an neben der Schwerkraft und dem Magnetismus vorhanden“, sagte Glyn Collinson, der am Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland als leitender Forscher für Endurance tätig ist, in einem Video der Agentur. „Obwohl es schwach ist, ist es unglaublich wichtig – es wirkt der Schwerkraft entgegen und hebt im Grunde den Himmel an.“
Die Existenz des Feldes wurde erstmals vor über 60 Jahren vermutet. Tatsächlich entdeckten mehrere Raumsonden, die in den späten 1960er Jahren die Pole der Erde überflogen, einen Strom von Teilchen aus der Atmosphäre, die mit Überschallgeschwindigkeit ins All entweichen. Die Wissenschaftler wussten, dass das Sonnenlicht Teilchen aus der Atmosphäre in den Weltraum entweichen lässt, „wie Dampf, der aus einem Topf mit Wasser verdampft“, aber die von diesen Raumsonden entdeckten Teilchen zeigten keine Anzeichen dafür, dass sie erhitzt wurden.
„Irgendetwas musste diese Partikel aus der Atmosphäre ziehen“, sagte Collinson in einer Erklärung der NASA. Aber das Vorhandensein des Feldes, das die Teilchen herausgezogen hat, nachzuweisen, das unsichtbar und sehr schwach ist – seine Schwankungen können nur über Hunderte von Kilometern wahrgenommen werden – lag jenseits der damaligen technischen Möglichkeiten.
2016 begannen Collinson und seine Mitarbeiter mit der Entwicklung von Sensoren für den Start an Bord der internationalen Endurance-Sondierungsrakete, und im Mai 2022 startete eine der mit acht Spezialinstrumenten ausgestatteten Suborbitalraketen von der Svalbard Rocket Range in Norwegen, nur wenige hundert Kilometer vom Nordpol entfernt. Dieser Standort bot den Raketen einen perfekten Aussichtspunkt für die Untersuchung des einzigartigen atmosphärischen Phänomens.
„Svalbard ist der einzige Raketenstartplatz der Welt, auf dem man durch den Polarwind fliegen und die von uns benötigten Messungen durchführen kann“, so die Mitautorin der Studie, Suzie Imber, Raumfahrtphysikerin an der University of Leicester in Großbritannien, in der Erklärung.
Höhe von etwa 768 Kilometern (477 Meilen) und sammelte Daten über einen 518 Kilometer (322 Meilen) langen Abschnitt der Atmosphäre. Dabei wurde eine flüchtige Änderung von 0,55 Volt registriert, was „fast nichts ist – es ist nur etwa so stark wie eine Uhrenbatterie“, sagte Collinson. „Aber das ist genau der richtige Wert, um den Polarwind zu erklären“.
Wissenschaftler schätzen, dass das Feld etwa 150 Meilen (250 Kilometer) über der Oberfläche beginnt, wo sich die Atome in der Atmosphäre in negativ geladene Elektronen und positiv geladene Ionen aufspalten, die mehr als 1.800 Mal schwerer sind als Elektronen. Aufgrund ihrer gegensätzlichen elektrischen Ladungen bildet sich ein elektrisches Feld, das sie „zusammenbindet“, der unaufhörlichen Anziehungskraft der Schwerkraft entgegenwirkt und einige Teilchen in den Weltraum entweichen lässt, so die Erklärung der NASA.
Wasserstoffionen, die im Polarwind reichlich vorhanden sind, spüren einen Schub nach außen, der 10,6 Mal stärker ist als die Schwerkraft, fanden die Forscher heraus. „Das ist mehr als genug, um der Schwerkraft entgegenzuwirken – es reicht sogar aus, um sie mit Überschallgeschwindigkeit nach oben in den Weltraum zu schleudern“, so der Mitautor der Studie, Alex Glocer, der Projektwissenschaftler der Endurance-Mission bei der NASA Goddard ist, in der Erklärung.
Sauerstoffionen, die schwerer sind als ihre Wasserstoff-Gegenstücke, erhalten durch den Polarwind ebenfalls einen Geschwindigkeitsschub. „Es ist wie ein Förderband, das die Atmosphäre in den Weltraum anhebt“, sagte Collison.
Da der Polarwind durch die Dynamik im Inneren der Erde angetrieben wird, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass er auch auf anderen Planeten, einschließlich Venus und Mars, vorkommt. Eine genauere Untersuchung des Phänomens kann auch Hinweise auf seinen Einfluss auf die Entwicklung unserer Atmosphäre und seine Fingerabdrücke in unseren Ozeanen liefern, so Collinson.
„Dieses Feld ist ein grundlegender Bestandteil der Funktionsweise der Erde, und jetzt, da wir es endlich gemessen haben, können wir anfangen, einige dieser größeren und spannenden Fragen zu stellen.“
Collinson und seine Kollegen beschreiben ihre Ergebnisse in einem Artikel, der am Mittwoch (28. August) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.
Korrektur 9/3: Die Svalbard Rocket Range liegt in Norwegen, nicht in Schweden.
