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Besuch im inneren Van-Allen-Gürtel

Geigerzähler und Zebrastreifen

Rund 6.000 Kilometer über der Erdoberfläche. Es wird wieder turbulent, denn nun treten wir in den inneren Van-Allen-Gürtel ein. Auch hier rasen wieder schnelle Teilchen um unseren Planeten, diesmal vorwiegend energiereiche Protonen. Schnelle Elektronen gibt es hier zwar ebenfalls, sie sind jedoch zehn bis hundertmal energieärmer als ihre „Artgenossen“ weiter außen.

Die 1958 gestartete Sonde Explorer 1 war der erste US-Satellit im Erdorbit - und entscheidend für die Entdeckung der Van-Allen-Gürtel. © NASA

Verdächtige Stille

Dieser innere Teil des Van Allen Gürtels war es, der 1958 erstmals die Existenz dieser gewaltigen Strahlengürtel um die Erde verriet: Als die Raumsonden Explorer 1 und Explorer 3 in den Orbit aufstiegen, knatterten ihre Geiger-Müller-Zähler zunächst wie erwartet deutlich stärker als auf der Erdoberfläche. Doch plötzlich brachen die Messungen ab. Immer, wenn die Sonden auf ihren elliptischen Bahnen höher flogen als etwa 2.000 Kilometer, herrschte an Bord ominöses Schweigen.

Aber warum? Der US-Physiker James Van Allen erkannte als erster, dass nicht die Abwesenheit von energiereichen Teilchen am Ausfall der Zähler schuld war, sondern im Gegenteil ein Übermaß: Die um die Erde rasenden Protonen und Elektronen übersättigten die Geigerzähler und führten deshalb zu ihrem temporären Ausfall. Van Allen schloss daraus, dass die Erde von mindestens einem Strahlengürtel umgeben sein muss – ihm zu Ehren trägt der Van-Allen-Gürtel heute seinen Namen.

Der innere Van-Allen-Gürtel (rot) umgibt wie ein Schwimmring die Äquatorregion der Erde. © NASA/JHUAPL

Eiernder Ring

Ähnlich wie der äußere Van-Allen-Gürtel bildet auch der innere keine ganz geschlossene Barriere. Stattdessen konzentrieren sich die schnellen Teilchen ebenfalls in einem Ring um den Äquator – allerdings einem etwas dünneren. Am nächsten kommt die Innenseite des Rings dabei der Erdoberfläche über dem Südatlantik, denn dort ist das Erdmagnetfeld besonders schwach. Bei starken Sonnenstürmen beginnt der Ring dort bereits 200 Kilometer über der Erdoberfläche.

Heute weiß man, dass der innere Gürtel durch zwei verschiedene Prozesse entsteht. Die energiereichsten Protonen werden gebildet, wenn kosmische Strahlung in der oberen Atmosphäre auf Gasteilchen trifft und dabei Neutronen freisetzt. Diese wandeln sich in Protonen um und werden vom starken Magnetfeld entlang der Feldlinien beschleunigt. Protonen geringerer Energie und die Elektronen stammen dagegen meist aus Sonnenstürmen.

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Wie gewaltige Plasmaröhren liegen die "Zebrastreifen" im inneren Van-Allen-Gürtel © ARC CAASTRO/ University of Sydney

Zebrastreifen aus Elektronen

Doch auch heute noch sorgt der Van-Allen-Gürtel für Überraschungen: Erst vor wenigen Jahren entdeckten Forscher, dass sich der innere Gürtel zu bestimmten Zeiten Streifen zulegt. Bei näherer Beobachtung entpuppten sich diese rätselhaften Zebrastreifen als Plasmaröhren – riesige gebogene Bögen aus energieärmeren Elektronen, die hoch über der Erdoberfläche den Himmel füllen.

Wie der US-Physiker Aleksandr Ukhorskiy und seine Kollegen herausfanden, bilden sich diese Streifen, weil das Magnetfeld gegenüber der Rotationsachse der Erde leicht verschoben ist. Als Folge gerät das die Erde umgebende elektrische Feld in regelmäßige Schwingungen, die die Elektronen im inneren Ring in ein immer enger werdendes Streifenmuster zwingen. Bevor jedoch die Streifen verschmelzen können, löst ein Sonnensturm die Schwingungen auf und der Streifenzyklus beginnt von vorne.

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Nadja Podbregar
Stand: 15.07.2016

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Planetarer Schutzschild
Wie die Erde ihre Bewohner schützt

Unsichtbarer Schutz
Der Großteil muss draußen bleiben

Gitternetz mit Plasmaschleudern
Der magnetische Schutzkäfig der Erde

Ring aus rasenden Teilchen
Der äußere Van-Allen-Gürtel

Tödlicher Schutz?
Wie gefährlich ist der Van-Allen-Gürtel wirklich?

Der Plasmaschild
Abrupte Barriere hält ultraschnelle Elektronen zurück

Geigerzähler und Zebrastreifen
Besuch im inneren Van-Allen-Gürtel

Kein Durchlass für harte Strahlung
Strahlenschutz in der Ionosphäre

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Wie die Ozonschicht das Leben schützt

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