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Neuer Mechanismus der Plasmaturbulenz im Sonnenwind
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Technischen Universität Braunschweig
astronews.com
14. Oktober 2026
Turbulenzen verhalten sich im Weltraum anders als auf der
Erde und geben der Physik noch immer Rätsel auf. Ein internationales
Forschungsteam konnte nun erstmals eine Umkehr der magnetischen Felddrehung in
der Weltraumturbulenz nachweisen, wodurch eine Struktur im unstrukturierten
Weltraumplasma entsteht. Grundlage waren Daten der NASA-Sonde Parker Solar
Probe.
Künstlerische Darstellung der NASA-Sonnenmission
Parker Solar Probe.
Bild: NASA / Johns Hopkins
University APL / Steve Gribben [Großansicht] |
Ein Team vom Institut für Theoretische Physik der Technischen Universität
Braunschweig hat gemeinsam mit Forschenden aus insgesamt zehn Ländern ein
grundlegend neues Phänomen nachgewiesen. Mithilfe hochpräziser Magnetfeld- und
Teilchendaten der NASA-Mission Parker Solar Probe zeigte das Team
erstmals direkt, dass die turbulenten Magnetfelder eine klare Umkehr der
Drehrichtung über eine bestimmte Wellenlänge zeigt. Sie belegten sogar, dass die
Umkehr der Drehrichtung auf größeren Wellenlängen in radialer Richtung weg von
der Sonne wächst. Mit dem Übergang von der großskaligen, flussartigen Dynamik
fällt die Umkehr der Drehrichtung auf kleinskalige, teilchenartigen Dynamik
zusammen.
Die Physik von Turbulenzen im Weltraum unterscheidet sich von dem Phänomen
hier auf der Erde. Materie, vor allem Gas und Staub, befindet sich dort in einem
sogenannten Plasmazustand. Dieser entsteht durch Ionisation: das Gas erhält so
viel Energie, dass sich die Elektronen von den Atomen oder Molekülen ablösen.
Das Weltraumplasma ist zum einen stark mit den elektromagnetischen Feldern im
All gekoppelt. Außerdem ist es stoßfrei, das heißt im Plasma befinden sich nur
wenige Teilchen auf großem Raum. Dadurch sind die Abstände zwischen diesen
Teilchen sehr groß und sie stoßen nicht aneinander. Diese Eigenschaften führen
dazu, dass sich die Materie in Turbulenz anders verhält und Fragen in der Physik
aufwirft. Wie entwickelt sich das Plasma in Turbulenz? Wie wird die Energie in
der stoßfreien Turbulenz verteilt?
"An größeren Längenskalen verhält sich das Weltraumplasma wie eine
Flüssigkeit und die Turbulenz entwickelt sich durch Anregung von Wirbeln und
elektromagnetischen Wellen", erklärt Masatomi Iizawa von der TU Braunschweig.
"Die Fluktuationen werden zufällig, also turbulent. Die magnetische Feldrotation
wird aber nicht zufällig. Die Felder drehen sich bevorzugt linkshändig um die
radiale Richtung von der Sonne herum. Die Drehung sieht aber anders an kleineren
Längenskalen aus. Die Felder drehen sich rechtshändig, wenn man sich das
turbulente Plasma an kleineren Längenskalen anschaut. Die Skala ist genau am
Übergang vom flussartigen Verhalten im Plasma zum teilchenartigen Verhalten. Wir
sehen eine klare Struktur im Spektrum, obwohl die Turbulenz unstrukturierte
Bewegung darstellt."
Die Ergebnisse sind sowohl für die Plasmaphysik als auch für die
Astrophysik von großer Bedeutung. Neu ist die Erkenntnis, dass sich diese
Struktur selbst auf der Skala zeigt, auf der sich das Plasma nicht mehr wie ein
Fluid verhält und stattdessen die Bewegung einzelner geladener Teilchen
bestimmend wird. Diese Skala liegt außerhalb der Reichweite von Theorien, die
Plasma als Fluid beschreiben, und hat bislang wenig theoretische Aufmerksamkeit
erhalten. Das Ergebnis beleuchtet damit einen weitgehend unerforschten Bereich
der Turbulenz.
Plasmaturbulenz spielt eine wichtige Rolle in der Astrophysik, zum Beispiel
in der Erdmagnetosphäre, dem Sonnenwind, den Sonneneruptionen sowie im
interplanetaren Raum und bei Akkretionsscheiben. Turbulenz im Weltraumplasma
kann die Stoßwellen und magnetischen Wolken beeinflussen, die von koronalen
Massenauswürfen angetrieben werden. Dabei handelt es sich um gewaltige
Materieausbrüche der Sonne, die häufig mit Sonneneruptionen einhergehen.
Turbulenz ist somit ein sehr wichtiger Faktor für die Vorhersage von
geomagnetischen Stürmen, die verschiedene Auswirkungen vom Erscheinen von
Polarlichtern bis hin zu Störungen in Stromnetzen haben können.
Die Ergebnisse der Studie wurden jetzt in den The Astrophysical Journal
Letters veröffentlicht.
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