Selten – Magisch pulsierende Aurora-Lichter: Killer-Elektronen in klirrenden Himmelslichtern.

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Strähnen von pulsierenden Polarlichtern sind ein seltener und doch magischer Anblick. Wissenschaftler vermuten nun, dass sie mit der Zerstörung eines Teils des Ozons in Verbindung gebracht werden könnten.

Computersimulationen erklären, wie Elektronen mit weitreichenden Energien während eines Phänomens, das als pulsierendes Polarlicht bekannt ist, in die obere und mittlere Atmosphäre der Erde regnen. Die Ergebnisse, die in der Zeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass die hochenergetischen Elektronen, die aus diesem Prozess resultieren, die Zerstörung eines Teils des Ozons in der Mesosphäre, etwa 60 Kilometer über der Erdoberfläche, verursachen könnten. Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern in Japan, unter anderem an der Universität Nagoya, und Kollegen in den USA, unter anderem von der NASA.

Das Nord- und Südlicht, das die Menschen normalerweise wahrnehmen und das als Polarlicht und Südlicht bezeichnet wird, sieht aus wie farbige Vorhänge aus Rot, Grün und Violett, die sich über den Nachthimmel ausbreiten. Es gibt jedoch noch eine andere Art von Polarlicht, die weniger häufig zu sehen ist. Das pulsierende Polarlicht sieht eher wie undeutliche Wolkenfetzen aus, die über den Himmel ziehen.

Wissenschaftler haben erst vor kurzem die Technologien entwickelt, die es ihnen ermöglichen zu verstehen, wie das pulsierende Polarlicht entsteht. Jetzt hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Yoshizumi Miyoshi vom Institut für Weltraum-Erde-Umweltforschung der Universität Nagoya eine Theorie zur Erklärung der hochenergetischen Elektronenausscheidungen pulsierender Polarlichter entwickelt und Computersimulationen durchgeführt, die ihre Theorie bestätigen.

Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass sowohl nieder- als auch hochenergetische Elektronen gleichzeitig aus Wechselwirkungen zwischen Chorwellen und Elektronen in der Magnetosphäre der Erde stammen.

Chorwellen sind Plasmawellen, die in der Nähe des magnetischen Äquators erzeugt werden. Einmal gebildet, wandern sie nordwärts und südwärts und interagieren mit Elektronen in der Erdmagnetosphäre. Durch diese Wechselwirkung werden die Elektronen energetisiert und nach unten in die obere Atmosphäre gestreut, wo sie die Lichtenergie freisetzen, die als pulsierende Aurora erscheint.

Die aus diesen Wechselwirkungen resultierenden Elektronen reichen von niederenergetischen mit nur wenigen hundert Kiloelektronenvolt bis hin zu sehr hochenergetischen mit mehreren tausend Kiloelektronenvolt oder “Megaelektronen”-Volt.

Miyoshi und sein Team vermuten, dass die hochenergetischen Elektronen der pulsierenden Polarlichter “relativistische” Elektronen sind, die auch als Killerelektronen bezeichnet werden, weil sie beim Eindringen in Satelliten Schaden anrichten können.

“Unsere Theorie besagt, dass so genannte Killerelektronen, die in die mittlere Atmosphäre niedergehen, mit den pulsierenden Polarlichtern in Verbindung gebracht werden und an der Zerstörung der Ozonschicht beteiligt sein könnten”, sagt Miyoshi.

Als Nächstes plant das Team, ihre Theorie zu testen, indem es Messungen studiert, die während einer Weltraumraketenmission namens ‘loss through auroral microburst pulsations’ (LAMP), die im Dezember 2021 starten soll, durchgeführt wurden. LAMP ist eine Zusammenarbeit zwischen der NASA, der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), der Universität Nagoya und anderen Institutionen. Mit den LAMP-Experimenten können die Killerelektronen beobachtet werden, die mit den pulsierenden Polarlichtern verbunden sind.

Referenz: “Relativistic Electron Microbursts as High-Energy Tail of Pulsating Aurora Electrons” von Y. Miyoshi, S. Saito, S. Kurita, K. Asamura, K. Hosokawa, T. Sakanoi, T. Mitani, Y. Ogawa, S. Oyama, F. Tsuchiya, S. L. Jones, A. N. Jaynes und J. B. Blake, 13. Oktober 2020, Geophysical Research Letters.
DOI: 10.1029/2020GL090360

wurde am 13. Oktober 2020 online in Geophysical Research Letters veröffentlicht und ist unter DOI: 10.1029/2020GL090360 erhältlich.

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