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Sonnensturm auf Erdkurs veränderte sich plötzlich anders als erwartet
Magnetwolken aus Sonneneruptionen verändern sich auf dem Weg zur Erde, doch das Ausmaß dieser Veränderungen lässt sich nur selten direkt verfolgen. Bei einem Sonnensturm im November 2021 erfassten zwei Raumsonden eine besonders starke Ausdehnung. Laut der Analyse wurde die Wolke auf einer Strecke von rund 21 Millionen Kilometern um etwa 21 Prozent größer, obwohl ihre Ausdehnungsgeschwindigkeit abnahm.
Iowa City (U.S.A.). Koronale Massenauswürfe schleudern gewaltige Mengen heißen, elektrisch geladenen Gases und magnetischer Felder von der Sonne ins All. Ein Teil dieses Materials bildet sogenannte Magnetwolken, deren Feldlinien wie verdrehte Seile angeordnet sind. Gelangen solche Strukturen in Erdnähe, können sie das Magnetfeld unseres Planeten stören und dadurch das Weltraumwetter beeinflussen.
Auf ihrem Weg durch das Sonnensystem bewegen sich die Magnetwolken nicht nur fort. Sie können sich ausdehnen, abbremsen und durch ihre Umgebung verformen. Bisher war schwer zu überprüfen, wie rasch sich dieselbe Wolke zwischen zwei vergleichsweise nahen Messpunkten verändert, weil dafür eine seltene günstige Stellung mehrerer Raumsonden nötig ist.
Forscher der University of Iowa um Dr. Shirsh Lata Soni haben nun die Magnetwolke eines Sonnenausbruchs vom 2. November 2021 untersucht. Sie verglichen Messungen ihres Durchgangs an zwei Raumsonden am 4. und 5. November und verfolgten so die Entwicklung auf dem Weg zur Erde.
Zunächst registrierte Solar Orbiter die Wolke in etwa 0,84 Astronomischen Einheiten Entfernung von der Sonne. Anschließend passierte sie die Raumsonde Wind in rund 0,98 Astronomischen Einheiten Sonnenabstand. Die beiden Positionen lagen radial rund 21 Millionen Kilometer auseinander und ermöglichten einen Vergleich von Teilchenströmung und Magnetfeld am selben Sonnensturm.
Solar Orbiter misst den Sonnenwind unmittelbar an seinem jeweiligen Aufenthaltsort. Wind beobachtet ihn nahe dem Lagrangepunkt L1, bevor er auf das Erdmagnetfeld trifft. Die beiden Sonden befanden sich für dieses Ereignis annähernd hintereinander, allerdings nicht exakt auf derselben Raumlinie.
„Zunächst ist es selten, dass diese beiden Raumsonden entlang einer Sonne-Erde-Achse ausgerichtet sind. Und dass sie während eines interplanetaren koronalen Massenauswurfs so ausgerichtet sind, ist noch viel seltener“, erklärt Dr. Shirsh Lata Soni.
Aus dem zeitlichen Verlauf der Messdaten schätzte das Team die radiale Größe der Magnetwolke an beiden Beobachtungspunkten. Die vergleichende Analyse ergab einen Größenzuwachs von rund 21 Prozent auf der kurzen Strecke zwischen den Sonden. Damit dehnte sich die Wolke außergewöhnlich stark aus, obwohl der Sonnenausbruch bereits weit von seiner Entstehungsregion entfernt war.
Gleichzeitig ging ihre Ausdehnungsgeschwindigkeit laut Studie von 146,6 auf 119,7 Kilometer pro Sekunde zurück. Die Magnetwolke wurde also weiter größer, aber ihr Wachstum verlangsamte sich. Die Forscher bezeichnen das ungewöhnliche Zusammenspiel aus starker Größenzunahme und nachlassender Expansionsgeschwindigkeit als Superexpansion.
„Bei einem typischen interplanetaren koronalen Massenauswurf kann er durch die Begegnung mit dem Sonnenwind langsamer oder schneller werden. In diesem Fall dehnte er sich stark aus“, erklärt Dr. Shirsh Lata Soni.