Erdfernerkundung - Numerische Physik: Modellierung

3.1. GRUNDLAGEN 87
Abbildung 3.4: Struktur
der Magnetosphäre [206]
während eine Atmosphäre diese Teilchen absorbiert hätte, lenkt das Erdmagnetfeld sie einfach
ab. Auf diese Weise bildet das Erdmagnetfeld einen geschützten Hohlraum im Sonnenwindplasma,
die Magnetosphäre.
§ 270 Auf der der Sonne zugewandten Seite erstreckt sich die Magnetosphäre bis ca. 10
Erdradien, d.h. bis jenseits des geostationären Orbits. Auf der der Sonne abgewandten Seite
erstreckt sich der Schweif der Magnetosphäre bis jenseits hundert Erdradien.
§ 271 Das Erdmagnetfeld lässt sich in erster Näherung als ein Dipolfeld beschreiben. Von der
Sonne strömt kontinuierlich eine Überschallströmung, der Sonnenwind, ab. Dieser verformt
das Erdmagnetfeld derart, dass sich eine Topologie der Magnetosphäre wie in Abb. 3.4 ergibt:
zum einen wird das Magnetfeld auf der der Sonne zugewandten Seite komprimiert, zum
anderen werden Feldlinien von der der Sonne zugewandten Seite über die Polkappen in den
Schweif konvektiert. Dieser Prozess ist für die Dynamik der Magnetosphäre (optisch sichtbar
in Form von Polarlichtern) wichtig.
§ 272 Die unterhalb von ca. 65 ◦ geomagnetischer Breite entspringenden Feldlinien sind sowohl
auf der Tag- als auch auf der Nachtseite geschlossen. Die Feldlinien in der Polkappe
dagegen sind nach heutigem Verständnis offen, d.h. nicht an beiden Enden mit der Erde
sondern an einem mit der Erde, am anderen jedoch mit dem interplanetaren Magnetfeld
verbunden. Entlang dieser Feldlinien können energiereiche Teilchen bis in die Atmosphäre
vordringen und z.B. zum Ozonabbau in hohen Breiten beitragen.
§ 273 Abbildung 3.5 zeigt die Flüsse energiereicher Elektronen auf der Nordhemisphäre
aufgetragen gegen geomagnetische Koordinaten für drei verschiedene Zeiträume. Links ist
der Teilcheneinfall zu ruhigen Zeiten zu erkennen; lediglich entlang des Polarovals, d.h. der
äquatorwärtigen Begrenzung der Polkappe dringen Teilchen bis in die Atmosphäre vor. Bei
stärkerer geomagnetischer Aktivität werden Teilchen aus den Strahlungsgürteln in die Atmosphäre
injiziert – entsprechend steigen die Flüsse prezipierender Teilchen (mittleres Teilbild).
Während eines starken solaren Ereignisses wird zusätzlich die Polkappe mit Teilchen gefüllt
(rechts).
§ 274 Bis auf die Polkappen ist die Magnetosphäre also ein Schutzschirm gegen energiereiche
Teilchen. Allerdings ist sie selbst auch eine Quelle energiereicher Teilchen: in den Strahlungsgürteln
der Erde sind energiereiche Teilchen gefangen. Die Bahnen von Satelliten zur
c○ M.-B. Kallenrode 2. Juli 2008