Zuverlässigere Prognosen des Weltraumwetters
Von der Sonne strömt unablässig Plasma – ein Strom geladener Teilchen – mit Geschwindigkeiten von einer Million Kilometer pro Stunde oder mehr. Durch diese so genannten Sonnenwinde wird die Erde mit großen Mengen an Protonen, Elektronen und ionisierten Atomen beschossen, die mitunter das unsichtbare Schutzschild der Erde - die Magnetosphäre - durchdringen. Das massive Einströmen geladener Partikel in das Magnetfeld der Erde kann wiederum Stromnetze, Kommunikationsnetzwerke und elektronische Geräte beschädigen. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Space weather integrated forecasting framework" (SWIFF) untersuchte den Einfluss von Sonnenwinden und –stürmen auf die Magnetosphäre, die so genannte erdmagnetische Stürme hervorrufen. Für genaue Prognosen zum Weltraumwetter müssen alle Faktoren vom Magnetfeld der Erde (mit einem Durchmesser von bis zu 1,28 Mio. Km) bis hin zu einzelnen subatomaren Elektronen, die sich entlang der Magnetfeldlinien bewegen, detailliert erforscht werden. Um eine genauere Karte zu erstellen, koppelten die Wissenschaftler kinetische und Fluidmodelle. In lokalen Simulationsmodellen wurden Elektronen und Ionen zunächst als Einzelteilchen in Regionen der Magnetosphäre dargestellt, in denen eine magnetische Rekonnektion stattfindet. Dabei brechen die Magnetfeldlinien in einer Richtung auseinander und verbinden sich mit Linien der Gegenrichtung, wodurch enorme Energien freigesetzt werden. Damit konnten Forscher die wichtigsten Interaktionen nachvollziehen. Die Forscher von SWIFF erweiterten anhand dieser Daten Computermodelle zur magnetischen Rekonnektion in globalen Simulationsmodellen, die die gesamte Magnetosphäre der Erde umfassen. Auf dieser Ebene wurden die Elektronen nicht länger als Einzelteilchen, sondern als Flüssigkeit dargestellt. Mit den genaueren Vorhersagen war es auch möglich, durch Sonnenwinde hervorgerufene Störungen besser in das Modell zu integrieren. Die Forschungen zeigen, wie dynamisch das gesamte System ist, und die neuen Methoden lassen nicht nur zuverlässige Rückschlüsse auf die Geschehnisse in den Weiten des Weltraums zu, sondern auch auf das Auftreten von Sonnenstürmen.
