Von Mara Johnson-Groh
NASA’s Goddard Space Flight Center
Der Weltraum ist nicht still. Es wimmelt nur so von geladenen Teilchen, die wir – mit den richtigen Geräten – hören können. Das ist genau das, was NASA-Wissenschaftler mit der Van-Allen-Sonden-Mission tun. Die von der Mission aufgezeichneten Geräusche helfen den Wissenschaftlern, die dynamische Weltraumumgebung, in der wir leben, besser zu verstehen, damit wir Satelliten und Astronauten schützen können.
So hört sich der Weltraum an.
https://blogs.nasa.gov/sunspot/wp-content/uploads/sites/289/2018/12/whistler.mp3
Für manche klingt er wie heulende Wölfe, zwitschernde Vögel oder außerirdische Weltraumlaser. Aber diese Wellen werden nicht von solchen Lebewesen erzeugt, sondern von elektrischen und magnetischen Feldern.
Wenn Sie an Bord eines Raumschiffs gehen und den Kopf aus dem Fenster stecken würden, könnten Sie diese Geräusche nicht wie auf der Erde hören. Denn im Gegensatz zum Schall, der durch Druckwellen erzeugt wird, entsteht diese Weltraummusik durch elektromagnetische Wellen, die als Plasmawellen bezeichnet werden.
Plasmawellen durchziehen die lokale Weltraumumgebung um die Erde, wo sie Magnetfelder hin und her werfen. Die rhythmische Kakophonie, die von diesen Wellen erzeugt wird, mag für unsere Ohren taub sein, aber die Van-Allen-Sonden der NASA wurden speziell entwickelt, um sie zu hören.
Das Instrument Waves, Teil der Electric and Magnetic Field Instrument Suite and Integrated Science – EMFISIS – auf den Van-Allen-Sonden, ist sowohl für elektrische als auch für magnetische Wellen empfänglich. Es sondiert diese mit einem Trio von elektrischen Sensoren sowie drei Suchspulen-Magnetometern, die nach Veränderungen im Magnetfeld suchen. Alle Instrumente wurden speziell entwickelt, um hochempfindlich zu sein und gleichzeitig so wenig Energie wie möglich zu verbrauchen.
Einige elektromagnetische Wellen treten zufälligerweise innerhalb des für uns hörbaren Frequenzbereichs auf. Das bedeutet, dass die Wissenschaftler die fluktuierenden elektromagnetischen Wellen nur in Schallwellen umwandeln müssen, um sie hören zu können. EMFISIS ermöglicht es den Wissenschaftlern, den Weltraum zu belauschen.
Wenn die Van-Allen-Sonden eine Plasmawelle mit schwankenden magnetischen und elektrischen Feldern durchqueren, zeichnet EMFISIS die Schwankungen sorgfältig auf. Wenn die Wissenschaftler die Daten zusammenstellen, finden sie etwas, das wie folgt aussieht:
Whistler Waves Recorded by NASA’s Van Allen Probes. Credit: University of Iowa
Dieses Video hilft den Wissenschaftlern, die aus dem Weltraum kommenden Geräusche zu visualisieren. Die wärmeren Farben zeigen uns intensivere Plasmawellen, die über die Raumsonde laufen. Bei diesen speziellen, von Blitzen erzeugten Wellen breiten sich die höheren Frequenzen schneller im Weltraum aus als die niedrigeren Frequenzen. Wir hören dies als pfeifende Töne, die in der Frequenz abnehmen. Diese speziellen Wellen sind ein Beispiel für Whistler-Wellen. Sie entstehen, wenn die elektromagnetischen Impulse eines Blitzes in die äußere Erdatmosphäre aufsteigen und dabei den magnetischen Feldlinien folgen.
Unterhalb von 0,5kHz (ganz unten in der Grafik im Video) ist der Klang mit so genannten Protonenpfeifern gefüllt. Diese Art von Wellen wird durch vom Blitzschlag ausgelöste Pfeifgeräusche erzeugt, die mit der Bewegung von Protonen, nicht von Elektronen, interagieren. Kürzlich hat die Juno-Mission der NASA hochfrequente Pfeifgeräusche in der Nähe des Jupiters aufgezeichnet – das erste Mal, dass sie in der Nähe eines anderen Planeten zu hören waren.
Neben den Blitzpfeifern wurde eine ganze Reihe von Phänomenen aufgezeichnet. In diesem Video hören wir ein heulendes Geräusch, das von einer anderen Art von Plasmawellen verursacht wird – Chorus-Wellen.
Chorus-Wellen, aufgenommen von den Van-Allen-Sonden der NASA. Credit: University of Iowa
Die Töne der Plasmawellen hängen davon ab, wie die Wellen mit den Elektronen interagieren und wie sie sich durch den Raum bewegen. Einige Arten von Wellen, darunter diese Chorus-Wellen, können Elektronen im erdnahen Weltraum beschleunigen, wodurch sie an Energie gewinnen. Hier ist ein weiteres typisches Beispiel für Chorus-Wellen.
Chorus-Wellen, aufgezeichnet von den Van-Allen-Sonden der NASA. Credit: University of Iowa
NASA-Wissenschaftler zeichnen diese Wellen nicht aus musikalischem Interesse auf, sondern weil sie uns helfen, die dynamische Weltraumumgebung, in der wir leben, besser zu verstehen. Diese Plasmawellen stoßen hochenergetische Elektronen an, die um die Erde rasen. Einige dieser freigesetzten Elektronen bewegen sich spiralförmig zur Erde, wo sie mit unserer oberen Atmosphäre interagieren und Polarlichter verursachen, während andere eine Gefahr für Raumfahrzeuge oder die Telekommunikation darstellen können, die durch ihre starke Strahlung beschädigt werden können.
