Eine neue Studie zeigt, dass die obere Erdatmosphäre nahezu perfekt synchron mit den subtilen Rhythmen der Sonne pulsieren kann. Forscher verfolgten winzige Ausbrüche einer starken Sonneneruption und fanden entsprechende Schwankungen der Elektronendichte darüber.
Die Entdeckung enthüllt einen direkten, zeitlich präzisen Zusammenhang zwischen Sonnenaktivität und den Bedingungen in der Ionosphäre der Erde.
Eine neue Studie zeigt, dass schnelle, rhythmische Energieausbrüche einer Sonneneruption die obere Atmosphäre synchron pulsieren lassen können. Diese winzigen Schwankungen, sogenannte quasiperiodische Pulsationen (QPPs), galten bislang als zu subtil, um eine Wirkung zu haben. Neue Forschungsergebnisse der Queen’s University Belfast stellen diese Annahme jedoch in Frage.
Laut Aisling O’Hare, der Hauptautorin der Studie, zeigten ihre Untersuchungen erstmals, dass die Flare-Pulsationen der Sonne durch synchronisierte Pulsationen in der Erdatmosphäre gespiegelt werden. Sie fügte hinzu, die Ergebnisse zeigten, wie stark die Sonnenaktivität unseren Planeten beeinflussen kann.
Forscher untersuchten am 7. März 2012 eine starke Sonneneruption der Stärke X5.4. Mithilfe von Instrumenten des Solar Dynamics Observatory (SDO) und des Geostationary Operational Environmental Satellite 15 (GOES-15) der NASA registrierten sie einen starken Anstieg der extrem ultravioletten Strahlung. Diese Energie reicht aus, um Elektronen aus Atomen in der oberen Erdatmosphäre herauszuschlagen.
Forscher stellten fest, dass alle 85 Sekunden rhythmisch extreme Ultraviolettstrahlungsimpulse von der Sonne ausgingen. Und die Ionosphäre der Erde reagierte auf jeden Impuls.
Um die Reaktion der Ionosphäre zu bewerten, analysierten Forscher Daten von über 250 GPS-Stationen weltweit. Sie maßen den Gesamtelektronengehalt (TEC), die Anzahl der Elektronen entlang einer vertikalen Säule der Atmosphäre, anhand von Signalen von GPS-Satelliten.
Jeder ultraviolette Energieausbruch der Sonne traf bei spezifischen Wellenlängen ein, beispielsweise He II 304 Å, C III 977 Å und HI 972 Å. Diese Wellenlängen beeinflussen bekanntermaßen die E- und F-Schichten der Ionosphäre. Mit jedem ultravioletten Energieausbruch der Sonne schwankten die Elektronenniveaus im Gleichschritt. Die Verzögerung zwischen dem Sonnenpuls und der Reaktion der Erde betrug nur 30 Sekunden. Erstmals spiegelten sich diese Sonnenrhythmen deutlich in den TEC-Daten wider.
Die 30-sekündige Verzögerung, die als „ionosphärische Trägheit“ bezeichnet wird, stellt die Reaktionszeit der Ionosphäre auf einfallende Strahlung dar. Obwohl bereits bekannt, ist der Mechanismus noch immer unzureichend verstanden. Die Forscher schlagen vor, dass die Quantifizierung dieser Verzögerung Ionosphärenmodelle verbessern und dazu beitragen könnte, die Elektronenrekombinationsraten einzuschränken – Faktoren, die für die Vorhersage der Auswirkungen des Weltraumwetters auf GPS und Funkkommunikation entscheidend sind.
Das Wavelet-Leistungsspektrum der drei EUV-Emissionslinien: (a) He II 304 Å, (b) C III 977 Å, (c) HI 972 Å und (d) TEC. Die durchgezogene schwarze Linie steht für eine Signifikanz von 99. Der weiß schraffierte Bereich liegt außerhalb des Einflusskegels, und der Farbbalken stellt die normalisierte Wavelet-Leistung dar. Bildnachweis: AGU/JGR Space Physics, Autoren
Während sich frühere Studien auf großflächige Sonneneruptionen und geomagnetische Stürme konzentrierten, zeigt diese Forschung, dass sich winzige Schwankungen – die etwas mehr als eine Minute dauern – über 150 bis 200 Millionen Kilometer (93 bis 124 Millionen Meilen) ausbreiten und die Ionosphäre der Erde messbar beeinflussen können.
Das Team möchte untersuchen, ob andere Sonnenemissionen ähnliche Effekte hervorrufen und wie diese unter unterschiedlichen Sonnenbedingungen variieren.
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