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Strahlenschutz in der Ionosphäre

Kein Durchlass für harte Strahlung

Rund 400 Kilometer über der Erdoberfläche. Langsam kommen wir nun in den Bereich der Erdatmosphäre. Hier, in der Ionosphäre, ist die Gashülle zwar noch sehr dünn, doch die Präsenz von Gasmoleküle reicht aus, um einen weiteren wichtigen Schutzschild zu bilden: den Schild gegen harte Strahlung.

Die energiereiche Gamma-, Röntgen-, und extreme UV-Strahlung aus dem Weltall trifft hier immer häufiger auf Sauerstoff- und Stickstoffatome der Luft. Bei diesem Kontakt übertragen die Photonen einen Teil ihrer Energie auf die Elektronenhülle der Atome – so viel, dass Außenelektronen aus dem Verbund herauskatapultiert werden.

Die Ionosphäre der Erde: Ihre Größe und Dichte verändert sich je nach Aktivtät und Stand der Sonne. © NASA/GSFC, Duberstein

Jede Menge Ionen und Elektronen

Als Folge entstehen positiv geladene Ionen und freie Elektronen – und das reichlich. In der äußeren Zone der Ionosphäre kann diese Ionisation bis zu einer Million freier Elektronen pro Kubikzentimeter freisetzen. Die Dicke der Ionosphäre und die Dichte der geladenen Teilchen hängt dabei direkt von der Sonneneinstrahlung ab: Einige Schichten der Ionosphäre existieren nur auf der Tagseite der Erde, dort kann sie sich unter dem Einfluss der stärkeren Strahlung zudem bis zu 1.000 weit ins All hinaus ausdehnen.

Die Absorption der Strahlung führt dazu, dass sich die Gashülle aufheizt – bei starken Sonnenstürmen können Temperaturen bis zu 1.300 Grad Celsius erreicht werden. Allerdings: Wer die Ionosphäre passiert, muss nicht befürchten, gegrillt zu werden. Weil die Gasdichte hier millionenfach geringer ist als in Bodennähe, macht sich die Wärme nur in der verstärkten Molekularbewegung der Teilchen bemerkbar.

Dieses rote und grüne Polarlicht fotografierte der Astronaut Tim Peake von der ISS aus. © ESA/NASA

Leuchterscheinungen inklusive

Weitaus deutlicher bemerkbar machen sich dagegen die Leuchterscheinungen der Ionosphäre. So erzeugt die Interaktion von Strahlung und Teilchen von Sonnenstürmen mit der Gashülle die Polarlichter. Diese wabernden grünlichen oder rötlichen Lichtschleier erscheinen am häufigsten in einer kreisförmigen Zone entlang der Polarkreise. Je nach Bedingungen können manchmal sogar pulsieren oder explosionsartig aufleuchten.

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Noch immer rätselhaft ist das Phänomen der Sprites – flackernde Lichtbündel, die bis in 100 Kilometer Höhe reichen können. Sie entstehen durch starke elektrische Entladungen oberhalb von Gewitterwolken. Warum sich diese Spannung manchmal nach oben entlädt und ein Sprite aus kaltem, leuchtendem Plasma entsteht, ist bisher jedoch unklar.

Übrigens: Die Ionosphäre dient uns nicht nur als Strahlenschutz, ohne sie wäre auch die Satellitenkommunikation und Funkkommunikation auf der Erde stark eingeschränkt. Denn erst die Reflexion der Radiowellen an der Ionosphäre ermöglicht es, Signale rund um die Welt zu schicken – der Erdkrümmung zum Trotz.

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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

Der UV-Schutzmantel
Wie die Ozonschicht das Leben schützt

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