Winzige Staubpartikel im Sonnensystem

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Das von Staubkörnern in unserem Sonnensystem gestreute Zodiakallicht steigt diagonal auf der linken Seite in diesem Bild auf, während die Milchstraße auf der rechten Seite aufgeht. Mit der Raumsonde STEREO haben Forscher winzige nanogroße Staubteilchen im Sonnensystem untersucht. Tunç Tezel, TWAN; APOD

 

In unserem Sonnensystem gibt es reichlich Staubpartikel, entstanden durch Zusammenstöße von Asteroiden und durch die Verdampfung von Kometen. Diese Staubteilchen sind die Quelle des Zodiakallichts, ein diffuses Leuchten am Nachthimmel, das sich entlang der Ekliptik (der Ebene des Sonnensystems) erstreckt und von der Erde aus sichtbar sich längs des Tierkreises ausdehnt. Es ist am einfachsten nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang zu beobachten und dabei so schwach, daß Mondlicht ausreicht, es zu überstrahlen.

Die Gravitation der Planeten beeinflußt die Verteilung dieser Staubpartikel. So fängt die Erde beispielsweise Staub in einer Folge bevorzugter Gebiete ein, die ringförmig entlang der Umlaufbahn der Erde liegen. Bei neuen Messungen kamen Radioinstrumente an Bord interplanetarer Zwillingssonden zum Einsatz, um Staubteilchen in der Größenordnung von Nanometern, oder „Nanostaub“, zu untersuchen. Ein Nanostaubkorn ist kleiner als die Wellenlängen im sichtbaren Licht und im Gegensatz zu den etwa zehnfach größeren Körnern, die für das Zodiakallicht verantwortlich sind, ist Nanostaub zu klein, um Sonnenlicht wirksam zu streuen und kann nur mit Hilfe von Instrumenten im Weltraum gemessen werden. Wenn ein Nanostaubkorn in ein Raumfahrzeug einschlägt, erzeugt es eine sich ausdehnende Wolke aus ionisiertem Gas, die zu einem Spannungsstoß zwischen Raumschiffrumpf und seiner Antenne führen kann. Dieser Spannungsstoß kann wahrgenommen werden. Nanostaub kann durch das interplanetare Magnetfeld auf die Geschwindigkeit des Sonnenwindes beschleunigt werden – um einiges schneller als die Bahngeschwindigkeiten der schwereren Staubkörner. Da das von einem Staubkorn hervorgerufene elektrische Signal viel stärker von der Einschlaggeschwindigkeit als von der Masse des Korns abhängt, erzeugt Nanostaub ein starkes Signal, obwohl dessen Partikel Leichtgewichte sind.

Die CfA-Astronomen Gaetan Le Chat und Justin Kasper sowie acht weitere Kollegen haben den Low Frequency Receiver an Bord der Zwillingssonden Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) in einem umfangreichen, sich über sieben Jahre erstreckenden Programm genutzt, um die Eigenschaften von Nanostaub zu ermitteln. Die beiden STEREO-Raumsonden bewegen sich auf Bahnen um die Sonne, einer eilt der Erde voraus, der andere der Erde hinterher. Im Durchschnitt zeichneten die Raumsonden etwa fünfzig Nanostaubeinschläge (Spannungsstöße) pro Sekunde auf, mit gelegentlichen Spitzen von bis zu tausend Einschlägen. Die Wissenschaftler analysierten über siebenhunderttausend Messungen und folgerten, daß in Übereinstimmung mit früheren Abschätzungen Nanostaub erheblich zur Gesamtmasse der Materie im interplanetaren Raum beiträgt – und mit über siebenhunderttausend Messungen können sie nun beginnen, seine Eigenschaften zu beschreiben. Obwohl STEREO entwickelt wurde, Sonnenstürme, nicht Nanostaub zu untersuchen, helfen die neuen Ergebnisse nicht nur, das Bild über unser Sonnensystem zu vervollständigen, sie zeigen auch, daß erfinderische Forscher manchmal dank instrumenteller Arbeitstiere zusätzliches Wissen herauslocken können.

Literatur:
„Interplanetary Nanodust Detection by the Solar Terrestrial Relations Observatory/WAVES Low Frequency Receiver“
G. Le Chat, A. Zaslavsky, N. Meyer-Vernet, K. Issautier, S. Belheouane, F. Pantellini, M. Maksimovic, I. Zouganelis, S.D. Bale, J.C. Kasper
Solar Phys (2013) 286:549–559

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