Das Magnetfeld der Erde boomt wie eine Trommel, aber niemand kann es hören

Jedes Mal, wenn ein Impuls auf die äußere Grenze des Schildes trifft - eine Region, die als Magnetopause bekannt ist -, ruckeln Stöße durch seine Oberfläche und werden zurück reflektiert, sobald sie die Magnetpole erreichen, genau wie das Gesicht einer Trommel, wenn ein Schlagzeuger sie schlägt.

Und (Trommelwirbel) Dies ist das erste Mal, dass Forscher vor 45 Jahren die Idee der Magnetopause wie eine Trommel vorschlugen, dass die Technologie das Phänomen direkt aufzeichnet, sagten die Forscher. [Was ist das für ein Lärm? 11 Seltsame und mysteriöse Klänge auf der Erde und darüber hinaus]

Die Tagesmagnetosphäre, die Seite des Magnetfeldes direkt zwischen Erde und Sonne, ist ein riesiger Ort. Es erstreckt sich normalerweise über den zehnfachen Radius der Erde in Richtung Sonne oder über 66.000 Kilometer (41.000 Meilen), sagte der leitende Forscher der Studie, Martin Archer, ein Weltraumplasmaphysiker an der Queen Mary University in London.

Bewegungen in der Magnetopause können den Energiefluss in der Weltraumumgebung der Erde beeinflussen, bemerkte Archer. Zum Beispiel kann die Magnetopause durch Sonnenwind sowie geladene Teilchen in Form von Plasma beeinflusst werden, die die Sonne abblasen. Diese Wechselwirkungen mit der Magnetopause können wiederum die Technologie beschädigen, einschließlich Stromnetze und GPS-Geräte.

Obwohl Physiker vorgeschlagen hatten, dass Explosionen aus dem Weltraum die Magnetopause wie eine Trommel vibrieren könnten, hatten sie sie nie in Aktion gesehen. Archer wusste, dass dies ein herausforderndes Phänomen sein würde. man würde mehrere Satelliten an genau den richtigen Orten zur richtigen Zeit brauchen (das heißt, gerade als die Magnetopause mit einem starken Impuls gesprengt wurde). Man hoffte, dass diese Satelliten nicht nur die Schwingungen erfassen, sondern auch andere Faktoren ausschließen würden, die die trommelartigen Wellen verursacht oder dazu beigetragen haben könnten.

Aber Archer und sein Team ließen sich nicht abschrecken und studierten die Theorie dieser trommelartigen Schwingungen unter Berücksichtigung bestimmter Komplexitäten, die in der ursprünglichen Theorie weggelassen wurden, sagte Archer. "Dies beinhaltete die Kombination realistischerer Modelle der gesamten Magnetosphäre am Tag sowie die Durchführung globaler Computersimulationen der Reaktion der Magnetosphäre auf scharfe Impulse."

Diese Modelle und Simulationen "gaben uns überprüfbare Vorhersagen, nach denen wir bei Satellitenbeobachtungen suchen konnten", sagte er.

Als nächstes stellten die Wissenschaftler "eine Liste von Kriterien zusammen, die erforderlich wären, um eindeutige Beweise für diese Trommel zu liefern", sagte Archer. Diese Kriterien waren streng und erforderten das Vorhandensein von mindestens vier Satelliten in einer Reihe nahe der Magnetosphärengrenze. Nur dann könnten die Forscher Daten über den Antriebsimpuls, die Bewegung der Grenze und die Signaturgeräusche in der Magnetosphäre sammeln, sagte er.

Erstaunlicherweise passte alles für die Forscher zusammen. Die NASA-Zeitgeschichte von Ereignissen und makroskaligen Interaktionen während Substorms (THEMIS) hat fünf identische Sonden, die die Aurora Polaris oder die Polarlichter untersuchten. Diese Raumschiffe konnten jedes Kästchen ankreuzen, das Archer und sein Team brauchten, um zu bestätigen, dass die Magnetosphäre wie eine Trommel vibrierte, sagte er. [Infografik: Erdatmosphäre von oben nach unten]

"Wir haben den ersten direkten und eindeutigen Beobachtungsnachweis gefunden, dass die Magnetopause in einem stehenden Wellenmuster wie eine Trommel vibriert, wenn sie von einem starken Impuls getroffen wird", sagte Archer. "Angesichts der 45 Jahre seit der ersten Theorie wurde vermutet, dass sie einfach nicht auftreten könnten, aber wir haben gezeigt, dass sie möglich sind."

Archer beschreibt den Befund in einem von ihm erstellten Video ausführlicher.

Das Ergebnis war Musik in Archers Ohren.

"Das Erdmagnetfeld ist ein gigantisches Musikinstrument, dessen Symphonie uns durch das Weltraumwetter stark beeinflusst", sagte er. "Wir wissen seit Jahrzehnten, dass Analoga zu Blas- und Streichinstrumenten darin vorkommen, aber jetzt können wir dem Mix auch etwas Percussion hinzufügen."

Grundsätzlich ist es jedoch unmöglich, diese Schwingungen im Raum zu hören. "Die Frequenzen, die wir festgestellt haben - [zwischen] 1,8 und 3,3 Millihertz - sind mehr als 10.000 Mal zu tief, um für das menschliche Ohr hörbar zu sein", sagte Archer.

Darüber hinaus "gibt es so wenige Partikel im Raum, dass die mit den Schwingungen verbundenen Drücke nicht stark genug wären, um ein Trommelfell zu bewegen", bemerkte er. Um die Daten zu hören, mussten er und sein Team "die Daten der empfindlichen Instrumente an Bord der THEMIS-Sonden manipulieren, um die Signale in etwas umzuwandeln, das für uns hörbar ist".

Die Studie wurde heute (12. Februar) online in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Anmerkung des Herausgebers: Die Geschichte wurde korrigiert, um Megahertz in Millihertz zu ändern. Ein Millihertz ist tausendmal kleiner als ein Hertz, weshalb die Frequenzen der Magnetopause zu niedrig sind, als dass das menschliche Ohr sie hören könnte.

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