Sternengeschichten Folge 702: Der Forbush-Effekt

00:00:15: Sternengeschichten Folge sevenhundertzwei.

00:00:18: Der Vorbuscheffekt.

00:00:20: Wir Menschen auf der Erde, wir spüren den Einfluss der Sonne jeden Tag.

00:00:25: Ohne ihre Strahlung könnten wir hier nicht leben!

00:00:27: Auf dem weiter entfernten Planeten strahlt sie nicht mehr so hell und im äußeren Sonnensystem ist es so kalt als wäre die Sonne überhaupt nicht da – aber sie ist da und ihr Einfluchs reicht weiter, als man es sich vielleicht vorstellt.

00:00:41: Und damit ist nicht die Gravitationskraft gemeint.

00:00:43: diese Aussicht Die reicht theoretisch ja sogar unendlich weit.

00:00:47: Aber das, was auf der Sonne passiert hat Auswirkungen auf das gesamte Sonnensystem und die Phänomene, die als Vorbuschereignis bezeichnet werden, die demonstrieren das wunderbar!

00:00:58: Bevor wir uns aber damit beschäftigen wer oder was vor Busch ist und was es dazu Ereignisvolles zu erzählen gibt müssen wir uns mit etwas beschäftigen von dem ich schon ausführlichen Folge threehundertsebzehn gesprochen habe nämlich der kosmischen Strahlung.

00:01:13: Ich halte die Wiederholung kurz, aber im Prinzip besteht die kosmische Strahlung aus hochenergetischen Teilchen, deren Ursprung im Weltraum liegt.

00:01:24: Wir wissen darüber Bescheid seit sie in nineteenhundertzwölf vom österreichischen Physiker Viktor Franz Hess entdeckt worden ist und man kann ihren Ursprungen grob in zwei Quellen einteilen.

00:01:36: Einmal ist da die Sonne, die nicht nur Licht abstrahlt sondern auch ständig Teilchen aus ihren äußeren Garschichten ins All schleudert.

00:01:44: Das macht sie einerseits ständig und vergleichsweise ruhig in Form des Sonnenwinds, von dem ich auch schon oft hier erzählt habe – und andererseits macht sie das manchmal auch sehr dramatisch wenn Sie zum Beispiel coronale Massenauswürfe durchs Planetensystem schleudern!

00:02:01: Die Ursache für diese Eruptionen liegen in der dynamischen Wechselwirkung des Gases, aus denen die Sonne besteht und ihrem Magnet fällt.

00:02:10: Ab und zu gibt es da quasi magnetische, elektrische Kurzschlüsse bei denen sehr viel Energie frei wird.

00:02:16: Und große Mengen an Materie der Sonne durch diese Energie ins All hinaus geworfen werden!

00:02:22: Die Details sind komplexe noch nicht vollständig verstanden aber der Punkt ist unser Stern schleudert mal mehr und mal weniger Teilchen mit großer Energie durch die Gegend.

00:02:34: Das sind geladene Teilchen vor allem Protonen und Elektronen schwerere Atomkerne von anderen chemischen Elementen.

00:02:43: Das ist allerdings nichts, was nur die Sonne macht!

00:02:46: Alle anderen Sterne machen das auch.

00:02:48: und es gibt noch mehr astronomische Prozesse, die so eine Art von Teilchenstrahlung erzeugen – die entstehen bei Supernova-Explosionen in der Umgebung schwarzer Löcher oder in den gewaltigen Chats also den riesigen Materieströmen, die aus dem Zentren ferner Galaxien hinaus ins All schießen.

00:03:06: All diese Prozesse und noch mehr, die sind für die zweite Komponente der kosmischen Strahlung verantwortlich.

00:03:13: Die galaktische kosmische Strahlung!

00:03:16: All diese Teilchen haben im allgemeinen eine sehr viel höhere Energie als die in der solaren kosmischen Strahlungen aber... Die eine wie die andere ist äußerst unangenehm für uns Menschen, weil wenn Teilchen mit so viel Energie auf die Atome in unserem Körper treffen dann können sie dort Reaktionen auslösen.

00:03:34: Atome können zerfallen, Moleküle können ihre Bindung verlieren und so weiter!

00:03:39: Wenn wir zu lange der kosmischen Strahlung ausgesetzt sind, dann wären wir krank oder wir sterben.

00:03:44: aber wenn wir uns nicht gerade im Weltall aufhalten, dann schützt uns zum Glück unsere Atmosphäre.

00:03:50: Die kosmischen Strahlung trifft zuerst auf die Atome der Lufthülle, bevor sie uns erreichen kann.

00:03:56: Und auch dort oben hoch über unseren Köpfen löst Sie atomare Reaktionen aus – lässt Stickstoff oder Sauerstoffatome zerfallen und die entstehenden Zerfallsprodukte zerfallen weiter.

00:04:11: oder anders gesagt jedes Teilchen der kosmischen Strahlung, das auf die Atmosphäre der Erde trifft löst einen Schauer aus weiteren Teilchen aus.

00:04:20: Die Sekundär-Strahlung genannt wird.

00:04:23: und dass was davon am Ende noch auf dem Erdboden ankommt – das ist für uns weitestgehend ungefährlich!

00:04:29: Das bedeutet auch, dass wir die kosmische Strahnung von der Erde aus nur indirekt über die Sekundäerstrahlung messen können.

00:04:35: aber Genau das hat man in der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts ausführlich gemacht.

00:04:41: Nach der Entdeckung des Phänomens neunzehnzwölf, hat man natürlich versucht möglichst viel darüber und über den Ursprung dieser Strahlungen herauszufinden – und parallel dazu hat man auch immer besser verstanden wie die Sonne funktioniert!

00:04:55: In Folge zehn habe ich vor langer Zeit schon mal über das Sonnenwetter gesprochen.

00:05:00: So nennt man alle Phänomene, die mit der elektrisch- magnetischen Aktivität der Sonne zu tun haben!

00:05:07: Wenn es da zum Beispiel einen wirklich heftigen Kurzschluss gibt und große Mengen an Material in Richtung Erde geschleudert werden – genau das ist ein coronaler Massenauswurf – dann kann das durchaus dramatische Folgen bei uns haben.

00:05:21: Diese Folgen können ästhetisch anspruchsvoll sein, weil die Interaktion zwischen den geladenen Teilchen der Sonne und dem irdischen Magnetfeld zum Beispiel Polarlichter verursacht.

00:05:32: Die Folgen können aber auch katastrophal sein wenn die solare kosmische Strahlung Satelliten ausfallen lässt oder die kurzfristige Störung im Erdmagnetfeld Stromleitungen kollabieren lässt.

00:05:43: Einer, der sich ab den neunzehn- dreißiger Jahren intensiv mit all diesen Phänomenen beschäftigt hat war der amerikanischer Physiker Scott Vorbusch.

00:05:53: In dem Titel hat er einen kurzen Aufsatz veröffentlicht über die Effekte in der Intensität der kosmischen Strahlung, die während des jüngsten magnetischen Sturms beobachtet wurden.

00:06:07: und mit magnetischer Sturm ist das gemeint was ich vorhin kurz angedeutet habe.

00:06:12: Wenn die Sonne bei einem koronalen Massenauswurf jede Menge geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit dann bringt das unser Magnetfeld kurzfristig durcheinander.

00:06:25: Das kann man messen, und so ein Ereignis hat zwischen dem Herbst im April von der letzten Zeit stattgefunden.

00:06:33: Vorbusch ist aber auch aufgefallen, dass es da nicht nur Variationen beim Magnetfelt gegeben hat – zwei anderen Messstationen, eine in Maryland in den USA und eine in Horn-Kajo im Peru haben die Intensität der kosmischen Strahlung überwacht!

00:06:49: und die Intensität der kosmischen Strahlung ist während des magnetischen Sturms um vier Prozent geringer geworden, was weit über den üblichen Variationen liegt.

00:06:59: Das kann Zufall sein dass die Abnahme der Kosmischen strahlung zeitgleich mit dem Magnetischen Sturm aufgetreten ist oder auch nicht.

00:07:07: Vorbusch schreibt am Ende seiner Arbeit folgendes Auch wenn die hier vorgelegten Belege für sich genommen nicht als schlüssiger Beweis dafür gelten können, dass die beobachteten Änderungen in der Intensität der kosmischen Strahlung auf das äußere Feld des magnetischen Sturbs zurückzuführen sind – so scheint dieser Hypothese doch die vernünftigste zu sein.

00:07:29: In einer längeren Arbeit aus dem Jahr und hat Vorbusch das sehr viel genauer ausgeführt und auch Daten von weiteren magnetischen Stirmen in seine Analyse inkludiert.

00:07:40: Das Fazit – nicht alle magnetischen Stürme führen zu einem Rückgang der kosmischen Strahlung, aber bei vielen ist das der Fall und dieser Rückgang kann global gemessen werden egal wo auf der Welt die Messstation steht.

00:07:55: Mittlerweile können wir das Phänomen das Vorbusch damals entdeckt hat genauer einordnen!

00:08:01: Wenn die Sonne bei einer großen Eruption eine große Wolke aus geladenen Teilchen ihres Plasmas ins All schleutert dann verschwindet die ja nicht so einfach.

00:08:11: Die bewegt sich durch das ganze Sonnensystem hindurch und wenn sie dabei in der Nähe der Erde vorbeikommt, dann wirkt diese Wolke für einige Zeit wie eine Art Schutzschild.

00:08:22: Das sind ja elektrisch geladene Teilchen, die da durch die Gegend geschleudert werden von der Sonne und die können die ebenfalls elektrische geladenen Teilchen der galaktischen kosmischen Strahlung abhalten.

00:08:35: Solange der Schutzschilt da ist trifft also weniger galaktische kosmische Strahlung auf die Erdatmosphäre und unsere Detektoren am Boden messen einen Rückgang der Sekundärstrahlung.

00:08:47: Wie stark dieser Rückgang ausfällt, das hängt davon ab wie groß die Sonnenerruption bar, wie stark das Magnetfeld der Teilchenwolke ist – und es hängt natürlich auch davon ab, wie nahe diese Wolke an der Erde vorbeikommt!

00:09:01: Typischerweise beträgt der Rückgang einige Prozent.

00:09:04: Es kann aber im besonderen Fällen auch zehn oder zwanzig Prozent weniger sein.

00:09:09: Das Ganze passiert schnell, es braucht nur ein paar Stunden bis sich die Intensität der kosmischen Strahlung verringert.

00:09:15: Danach dauert's dann ein paar Tage bis alles wieder den Normalzustand erreicht hat und das Vorbuschereignis – wie das Phänomen mittlerweile genannt wird – vorbei ist.

00:09:26: Und vielleicht ist dem einen oder anderen an diesem Punkt ein Gedanke gekommen?

00:09:31: Ich habe vorhin gesagt, dass es zwei Komponenten der kosmischen Strahlung gibt – die von der Sonne kommt und die galaktische, die von außerhalb des Sonnensystems bis zu uns gelangt.

00:09:42: Coronale Massenauswürfe für die Vorbuscheeignisse verursachen sind auch eine Ursache für die solare kosmische Strahbung.

00:09:49: Sollte man da bei so einer Sonnenerruption nicht mehr Kosmische Strahlung erwarten?

00:09:55: Ja und nein!

00:09:56: Wenn ein coronaler Massenauswörfe stattfindet und auf die Erde trifft, dann führt das natürlich zu einer kurzfristigen Erhöhung der Intensität der kosmischen Strahlungen.

00:10:06: Das passiert schnell!

00:10:08: Und das passiert vor allem nur an bestimmten Orten der Erde weil die Teilchen von der Sonne sich entlang der Magnetfeldlinien der Erde bewegen.

00:10:17: Das gilt nicht nur für coronale Massenauswürfe sondern generell für die gesamte solare kosmische Strahlung.

00:10:23: So ein Ausbruch auf der Sonne verursacht also einen kurzen Anstieg kosmischer Strahlung, der nicht überall auf der Erde gemessen werden kann.

00:10:32: Die galaktische kosmische Strahlung kommt dagegen aus allen Richtungen zu uns!

00:10:38: Wenn es bei dieser Komponente Veränderungen gibt dann wirken die sich überall auf der Erde aus.

00:10:44: Das heißt, man kann die beiden Teile der kosmischen Strahlung gut unterscheiden.

00:10:48: und ein Vorbuchereignis – das betrifft nur eine Verringerung der galaktischen kosmische Strahlam.

00:10:54: Gut was fangen wir mit dem Wissen jetzt an?

00:10:58: Meinerseits ist es natürlich gut wenn wir Bescheid darüber wissen wie sich die Kosmische Strahlung verhält und verändert damit wir unsere Satelliten Raumfahrzeuge und vielleicht auch die Menschen schützen können die sich gerade im Weltall befinden!

00:11:12: Andererseits sind solche Vorbuscheeignisse aber auch ein Beispiel dafür, wie nicht nur die Sonne sondern die gesamte Heliosphäre funktioniert.

00:11:22: So bezeichnet man den gesamten magnetischen Einflussbereich der Sonne und der reicht weit über dem Bereich der bekannten Planeten hinaus!

00:11:31: Die Grenze der Heliospäre liegt grob hundertmal weiter von der Sonme entfernt als die Erde also noch weit hinter der Umlaufbahn von Neptun Pluto und den restlichen Asteroid des Kuipergürtels.

00:11:43: Und ein Vorbusche-Ereignis muss nicht zwingend nur auf der Erde stattfinden!

00:11:48: Wir haben denselben Effekt auch auf dem Mars gemessen, mit den Instrumenten von Raumsonnen wie Pioneer X und Voyager I und II die sich weit im äußeren Sonnensystem befinden und die Grenze der Heliosphäre mittlerweile überschritten haben – mit denen haben wir das auch gemessen.

00:12:04: Vorbuscherreignisse zeigen uns dass die Sonne nicht nur ein helles Licht am Himmel ist sondern ein dynamischer Himmelskörper, der das ganze Sonnensystem im Griff hat.

00:12:15: Die atomaren Reaktionen – im Inneren unserer Stirns die chaotischen Ströme des geladenen Plasmas und die wilde Dynamik sind es Magnetfelds, die haben Einfluss auf die fernsten Regionen im Sonnennsystem!

00:12:29: Die geladenen Teilchen, die die Sonne durch die Gegend schleudert, verändern was von außerhalb des Sonnessystemes zu uns gelangen kann oder nicht?

00:12:38: Vorbuschereignisse, die zeigen uns in aller Deutlichkeit die Dynamik der Sonne und die Heliosphäre in Aktion.