Sonnensturm durch einen Kometen ausgelöst

Sonnensturm durch den Durchgang eines Kometen

23. Dezember 2004

Frédéric Deroche hat mir eine Webseite angezeigt:

http://www.jmccanneyscience.com

Dies ist die Seite von Jim Mac Canney, der interessante Videos zeigt, die den Durchgang von Kometen in der Nähe der Sonne dokumentieren. Diese Aufnahmen wurden mit einem Koronographen gemacht, einem einfachen Gerät, bei dem die Sonne durch eine Scheibe am Ende einer Stange (sichtbar) abgedeckt wird. Dadurch wird die Struktur der Sonnenkorona sichtbar. Ein Komet stellt im Vergleich zur Sonne eine extrem geringe Masse dar. Halley hat die Größe eines Hügels und ist weniger massiv. Die gravitativen und Gezeitenkräfte können daher als vernachlässigbar gelten. Dagegen durchquert der Komet beim Näherkommen zur Sonne einen extrem intensiven Sonnenwind. Es ist daher möglich, dass er dabei eine erhebliche elektrische Ladung annimmt. In dem Film ist zu sehen, dass genau dann, wenn der Komet der Sonne sehr nahekommt, ein sehr intensiver Sonnensturm auftritt. Es könnte sich dabei um einen elektromagnetischen Auslöser handeln. Zunächst einige Bilder aus dem Film:

Unmittelbar vor Auslösung des Phänomens

Sehr schnelle Auslösung des Sonnensturms

Vor Abschluss des Sturms

Der Komet entfernt sich

Um den Film anzusehen (mpeg, 2 Megabyte)

Es handelt sich hierbei um einen ausgelösten Sonnensturm. Man weiß, dass solche Ereignisse Auswirkungen auf das Erdklima haben können. Es ist durchaus möglich, dass Trümmer eines Objekts, das durch Gezeitenkräfte zersplittert wurde, eines Tages massenhaft die Sonne beeinflussen und ihr eine vorübergehende, aber möglicherweise extrem starke und schädliche Aktivität verleihen. Diese Phänomene sind uns noch relativ wenig bekannt, ebenso wenig wie die elektromagnetischen Wechselwirkungen zwischen Planeten und wandernden Objekten. Aus der Untersuchung des Paläomagnetismus wissen wir, dass es starke Schwankungen in der geomagnetischen Geometrie der Erde gab. Was könnte solchen Phänomenen zugrunde liegen? Zunächst sei darauf hingewiesen, dass die Ursache des Erdmagnetfeldes weiterhin unklar ist. Der Leser hat sicherlich oft vom „Magnetoeffekt“ gehört. Doch das bleibt … ein Wort. Vor einigen Jahren nahm ich an einer Vortragsveranstaltung in Marseille teil, gehalten von einem Astrophysiker, der sich speziell mit solchen Themen beschäftigt hat. Am Ende wurde deutlich, dass die Theoretiker in einem halben Jahrhundert keinen Schritt vorangekommen sind. Wenn wir nicht wissen, warum die Erde ein Magnetfeld besitzt, wie sollen wir dann ein Phänomen vorstellen, das dieses Feld umkehren könnte?

Ich persönlich halte es für wahrscheinlich, dass wir nur sehr unvollständig über die Objekte im Sonnensystem Bescheid wissen. Wir verfügen über Daten über Objekte, die ruhig auf ihren Bahnen verharren: Planeten und Monde. Doch über mögliche wandernde Objekte, die Störungen verursachen könnten, wissen wir wenig. Was wir seit den Arbeiten von J.M. Souriau wissen, ist, wohin das Sonnensystem tendiert: hin zu einem entspannten Zustand, in dem auch die Goldene Zahl eine Rolle spielt. In diesem entspannten Zustand streben die Planeten danach, in einer Ebene zu liegen – der Ekliptik. Ihre Bahnen werden kreisförmiger. Die Rotationsachsen von Planeten und Monden richten sich aus. Die entscheidenden Kräfte hierbei sind Gezeitenkräfte, die dissipativ wirken, leider aber schwer zu bewerten und zu modellieren sind. Es gab bereits umfangreiche Simulationen des Sonnensystems mit Hilfe von Computern, bei denen Planeten und andere Objekte als Kugeln konstanter Dichte dargestellt wurden. Dabei ergaben sich „chaotische Phänomene“, die die Achsen von Planeten umkippen könnten. Daraus wurde geschlossen, dass das Leben auf einem Planeten, der keinen Mond besitzt wie die Erde, nicht entstehen könnte, da die „chaotischen Phänomene“ unvorhersehbare Achsenkippeungen verursachen könnten.

Ich stimme Souriau zu, dass dieser Ansatz nicht haltbar ist, weil er die dissipativen Phänomene nicht berücksichtigt. Was bedeutet das? Betrachten wir zunächst ein Beispiel für ein System, das ursprünglich als nicht dissipativ angenommen wird: das Doppelsternsystem Pluto-Charon. Diese beiden Körper sollen sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt drehen, „sich gegenseitig anstarrend“, in einer „fast stationären“ Weise. Jeder Körper verformt den anderen dabei zu einem Ellipsoid, dessen Hauptachse auf ihn gerichtet ist.

Doch wenn es sich um Objekte handelt, die um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen und gleichzeitig eigene Rotationen ausführen, dann durchläuft ihre Oberfläche – ja sogar ihre gesamte Masse – eine Art „Dichtewelle“. Das ist … ein vager Begriff. Die Mondanziehung verformt die Erdoberfläche und erzeugt eine Welle von etwa einem Meter Höhe (die die Erde in 24 Stunden umrundet). Der Mond verleiht der Erde ständig die Form eines länglichen Ellipsoids. Wenn der Mond 40.000 Kilometer von der Erde entfernt wäre, wäre er geosynchron. Die Erdbewegung wäre dann stationär, und es gäbe keine dissipativen Effekte. Doch das ist nicht der Fall. Der Mond umkreist die Erde in 28 Tagen, während die Erde sich selbst etwa 28-mal schneller dreht. Daher zieht der Mond diese „Erdbewegung“ mit sich. Nebenbei beeinflusst dieser leichte Dipol die Bahn des Mondes, ähnlich wie ein Reiter, der an der Leine eines Pferdes zieht, um es zum schnelleren Lauf zu bringen. Die Erde überträgt Energie auf den Mond, der sich daher mit etwa 4 Zentimetern pro Jahr von uns entfernt. Umgekehrt verlangsamt der Mond die Erdrotation. Die Tage waren in der Vergangenheit kürzer.

Die relative Bewegung dieser Dichtewelle, dieser Welle, die die Erde in 24 Stunden überquert, führt zu einer Vermischung, also zu Erwärmung und letztlich zu Energieverlust durch Strahlung.

Die beiden Objekte beeinflussen sich wechselseitig. Aktuell zeigt der Mond eine Schwingung, die man Libration nennt, wodurch er nicht 50 %, sondern 59 % seiner Oberfläche zeigt. Früher drehte sich der Mond möglicherweise selbst. Wenn er als Auswurf bei einer Kollision mit der Erde entstanden ist, besaß er möglicherweise einen Magma-See oder war zumindest flüssiger. Die Entwicklung des Erde-Mond-Systems bleibt weiterhin zu modellieren. Tatsächlich ist die Hypothese, dass der Mond durch eine Kollision der Erde mit einem Himmelskörper von Marsgröße entstanden ist, erst in jüngster Zeit wieder stärker in den Fokus gerückt. Die Massenverteilung des Mondes weist keine sphärische Symmetrie auf. Der Mond besitzt eine Unwucht. Dies passt zur Annahme, dass der Mond bei seiner Entstehung ein relativ flüssiges Objekt war. So konnten die dichtesten Elemente möglicherweise in sein Zentrum wandern und zusätzlich zur der von der Erde abgewandten Seite. Im Laufe der Zeit konnte der Mond-Magma nur abkühlen und erstarren, was durch die fehlende seismische Aktivität belegt ist.

Zurück zum Sonnensystem: Io kreist sehr nahe bei Jupiter und rotiert ebenfalls. Jupiter verleiht Io eine leicht elliptische Form (immer noch ein längliches Ellipsoid). Die Rotation von Io führt zu einer Vermischung des Körpers. Hier ist der dissipative Effekt sofort sichtbar: Er verursacht einen intensiven Vulkanismus auf Io. Der Magma von Io ist nicht in Gefahr...