Das kosmische Netz ist magnetisch

Das kosmische Netz

Wissenschaftler haben etwas Unglaubliches über die gigantischste Struktur des Kosmos herausgefunden: Das kosmische Netz ist magnetisch. Was das bedeutet, erfahrt ihr in diesem Beitrag. 

Wir alle sind winzig klein. Schon bloß mit den Ausmaßen unseres Sonnensystems verglichen sind wir Menschen absolut mickrig. Das Ende der Oortschen Wolke, der gravitativen Begrenzung unseres Sonnensystems, liegt in über einem Lichtjahr Entfernung. Und das ist nur unser Sonnensystem, unsere kosmische Heimat. 

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Die Milchstraße, unsere Galaxis, ist nach neueren Schätzungen über 200.000 Lichtjahre groß. Und dann gibt es außer der Milchstraße noch bis zu einer Billion Galaxien. Und das Universum insgesamt ist schätzungsweise 93 Milliarden Lichtjahre groß. Das ist alles unvorstellbar und es wird noch unglaublicher. Die Struktur des Universums insgesamt kann man als das sogenannte kosmische Netz darstellen. Wir sehen unten die Materiestrukturen des Kosmos zusammengepackt zu Filamenten. Diese Filamente bestehen aus all dem kosmischen Kram, den wir so kennen: Nebel, Galaxien, Galaxienhaufen. Auf irgendeinem dieser Filamanete sitzen auch wir gerade in der Milchstraße. 

Voids im kosmischen Netz

Aber das kosmische Netz zeigt nicht nur Filamente, es enthält auch die mysteriösen Voids. Gigantische leere Bereiche des Kosmos zwischen den Filamenten. Wir sehen, dass Materie nicht komplett gleichmäßig im Universum verteilt ist. Neben riesigen Überdichteregionen aus Galaxienhaufen gibt es auch große kosmische Areale, in denen im Prinzip nichts ist. Klar, hier und da schwirrt auch in den Voids mal eine Galaxie herum, aber im Großen und Ganzen ist dort nichts.

Das kosmische Netz in verschiedenen Wellenlängen (F. Vazza, D. Wittor and J. West, Composition by K. Brown)
Das kosmische Netz in verschiedenen Wellenlängen (F. Vazza, D. Wittor and J. West, Composition by K. Brown)

Das ist also die großräumigste Struktur des Kosmos: Das kosmische Netz bestehend aus Filamenten und Voids. Und als wäre das nicht schon bizarr genug, ist es Wissenschaftlern nun gelungen, im kosmischen Netz Magnetismus nachzuweisen. Die beteiligte Forscherin Dr. Tessa Vernstrom sagt: “Magnetfelder durchdringen das Universum – von Planeten und Sternen bis zu den größten Zwischenräumen zwischen den Galaxien. Viele Aspekte des kosmischen Magnetismus sind noch nicht vollständig verstanden, vor allem in den Größenordnungen, die im kosmischen Netz zu sehen sind.”

Das kosmische Netz ist also magnetisch und wir winzigen Primaten auf dem Planeten Erde können das messen und sogar kartieren? Immer der Reihe nach. Was haben die Forscher genau gemacht? Sie nutzten allerhand Daten und Radiokarten aus Himmelskartierungen wie dem Global Magneto-Ionic Medium Survey, die unter anderem mit Radioteleskopen wie dem Murchison Widefield Array in Australien gewonnen wurden. 

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Mit Radioteleskopen kann man den kompletten Himmel im Radiobereich kartieren und schauen, wo die größte Dichte an Radioemissionen vorhanden ist. Diese Daten über die Verteilung der Radioemissionen im Weltraum haben die Forscher dann mit der simulierten Struktur des Kosmischen Netzes übereinander gelegt und das Endergebnis schien eine der spannendsten kosmischen Hypothesen zu bestätigen. Man vermutet nämlich schon länger, dass, wenn kosmische Materie zu den Filamenten verschmilzt, Schockwellen von unvorstellbaren Ausmaß erzeugt werden. Diese Schockwellen strahlen Radioemissionen ab, die theoretisch dazu führen, dass das kosmische Netz im Radiospektrum leuchtet – aber das konnte nie eindeutig nachgewiesen werden, weil diese Signale so schwach sind. Bislang. 

Das kosmische Netz und das Radioleuchten

Denn genau das ist den Forschern nun gelungen, sie haben das Radioleuchten des Kosmischen Netz nachweisen können, denn als sie nach und nach die Radiokartierungen des Kosmos über die simulierte Struktur des kosmischen Netz gelegt haben, passte das perfekt. Also im Prinzip astronomische Detektivarbeit. Und die Vorgänge in den großen Strukturen des Kosmos sind den Astronomen ins Netz gegangen. Die Amateur-Astronomen unter euch wissen, wie man die Technik nennt, die die Forscher angewendet haben, als sie die Radiobilder übereinander gelegt haben: Stacking, nur dies mal eben auf wirklich universaler Skala. 

Durch Stacking wird das Magnetfeld des kosmischen Netz sichtbar (Vernstrom et al. 2023)
Durch Stacking wird das Magnetfeld des kosmischen Netz sichtbar (Vernstrom et al. 2023)

Die Forscher haben Radioemissionen aufgezeichnet, die von den Schockwellen quer durch das kosmische Netz ausgehen, die wiederum entstehen, wenn große Strukturen Materie aufeinander prallen – und das ist der erste Beobachtungsnachweis überhaupt dafür, dass beschleunigte Teilchen in Form dieser Schockwellen im Universum am Werk sind. Oder wie Dr. Tessa Vernstrom sagt: “In der Vergangenheit haben wir diese Radiostoßwellen immer nur direkt bei Kollisionen zwischen Galaxienhaufen beobachtet. Wir glauben jedoch, dass sie auch in den kosmischen Filamenten existieren.”  

Das Magnetfeld des kosmischen Netz

Die größte Struktur des Kosmos wird also zum Beben gebracht von mächtigen Radiostoßwellen – wieder mal so ein Gedanke, der wirklich absolut die menschliche Vorstellungskraft übersteigt, oder? So weit, so gut, aber einige fragen sich jetzt sicherlich schon, was dieses Radioglühen mit dem Magnetismus des kosmischen Netzes zu tun hat? Jede Menge. Stellt euch mal vor, Ihr seid ein subatomares Teilchen, in dem Fall ein Elektron, also ein negativ geladenes Teilchen. Ihr fliegt ganz entspannt durchs kosmische Netz und denkt über dieses attraktive Proton nach, das euch schon seit Tagen so anlächelt. Plötzlich werdet Ihr auf eine feste Bahn gelenkt und seid Teil einer Art Strömung. Was ist passiert? 

Das Magnetfeld des kosmischen Netzes hat euch eingefangen. Die Radiowellen im kosmischen Netz entstehen hauptsächlich, wenn geladene Teilchen wie Elektronen in Magnetfeldern beschleunigt werden. Die Magnetfelder im kosmischen Netz wirken also als Beschleuniger und lenken die Elektronen auf spiralförmigen Bahnen, von denen aus dann die Radioemissionen abgestrahlt werden. Heißt: Durch die Beobachtung der Radiowellen können Astronomen die Magnetfelder des kosmischen Netzes kartieren und ihre Stärke und Ausrichtung messen. Das wiederum hilft dabei, die Struktur des kosmischen Netzes und seine Wechselwirkungen mit den Galaxien und und Galaxienhaufen besser zu verstehen. 

Magnetbahnen im kosmischen Netz lenken alles

Das Ganze ist gar nicht so abstrakt wie es klingt und hat ganz praktische Auswirkungen – auch auf uns. Die Entstehung von Galaxien, ihre Gruppierung zu Galaxienhaufen – all das wird gesteuert von Schockwellen und den magnetischen Bahnen des kosmischen Netz. Diese völlig abstrakten Prozesse in der größten Struktur des Universums sind letztlich dafür verantwortlich, dass unsere Milchstraße sich genau so gebildet hat, wie sie es nun mal getan hat. Denn durch irgendeine Magnetbahn im Kosmischen Netz hat sich an irgendeinem Punkt in irgendeinem Filament genau die richtige Menge Wasserstoff zusammengeknubbelt, um irgendwann die Milliarden Sterne zu bilden, aus denen die Milchstraße entstanden ist. 

Ihr sitzt jetzt Zuhause vor dem PC und das alles nur wegen des kosmischen Netz. Wahnsinn. Was für einer großen Sache wir hier auf der Spur sind, seht Ihr auch hieran: Die größte Struktur des Kosmos sieht genau so aus wie ein Borg-Kubus aus Star Trek. Kann das Zufall sein? Bestimmt nicht! Aber Spaß beiseite, immer wenn ich mir diese Darstellungen des kosmischen Netzes so ansehe, stellt sich mir unweigerlich eine Frage: Dieses Ding, diese Struktur muss doch auch irgendwie noch Teil von etwas Größerem sein, oder? Worin ist das kosmische Netz? Von was ist es ein Teil? Oder anders gefragt: Was ist außerhalb des Universums? 

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Lokale Blase: Riesige Magnetstruktur um Sonnensystem kartiert

Lokale Blase Magnetfeld

Unser Sonnensystem ist umgeben von einer riesigen magnetischen Struktur, von einer echten Super Bubble, in der unser Stern sich befindet und deren magnetische Wirkung absolut faszinierend ist! Alles über die lokale Blase und ihr Magnetfeld lest ihr in diesem Beitrag.

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Unser Sonnensystem befindet sich in der lokalen Blase, einer riesigen rund 1000 Lichtjahre großen Leere, die sich um unseren Stern herum ausbreitet. Und diese Super Bubble ist nicht das Hirngespinst von größenwahnsinnigen Kaugummiherstellern, sondern das Ergebnis einer oder mehrerer Supernova-Explosionen. Und jetzt haben Forscher erstmalig etwas Erstaunliches geschafft. 

Aber bevor wir besprechen, was die Forscher geleistet haben, lasst uns nochmal in die Thematik der Super Bubbles reinspringen. Solche Blasen sind keine Seltenheit in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Stellt euch die Galaxis vor wie einen Schweizer Käse – überall sind Löcher vorhanden. Diese Löcher gibt es häufig und sie entstehen, wenn große Sterne explodieren, eine sogenannte Supernova. Bei einer Supernova dehnt sich der Stern wie eine Kaugummiblase immer weiter aus, bis sie irgendwann platzt.

Stau in der Lokalen Blase

Nach der Explosion bleibt kein klebendes Kaugummi zurück, sondern ein wunderschöner Supernovaüberrest. Viel wichtiger für unser Thema ist aber, was während der Explosion passierte: Die Schockwellen der Explosion haben alles, was sich um den Stern herum befand, weggeblasen: Wie von einem galaktischen Schneepflug wurden geladene Staubteilchen und Gase an den sich ausdehnenden Rand der Schockwellen in der lokalen Blase angestaut. Deswegen kleben auch jetzt noch am Rande unserer Super Bubble viele Staubreste und Gase und bilden einige Sternentstehungsgebiete, wo sich Sterne aus dem vorhandenen Material bilden können, wie zum Beispiel die Taurus-Molekülwolke, eine ausgedehnte Ansammlung aus Gas und Staub. 

Darstellung der Lokalen Blase (Leah Hustak (STScI))
Darstellung der Lokalen Blase (Leah Hustak (STScI))

Und da die Schockwellen alles fortgeweht haben, bleibt eine große Leere im Inneren zurück. Oft wird diese auch als lokales Volumen bezeichnet und es ist im Grunde nichts anderes als ein staubfreier Raum in der direkten interstellaren Umgebung eines Sterns. Und dieser Raum um die Sonne herum wird als lokale Blase bezeichnet. Diese hat sich vor ein paar Millionen Jahren gebildet – ja,  das ist keine besonders genaue Angabe, aber so ist es manchmal in der Astronomie. Man weiß noch nicht einmal so genau, ob nur eine Supernova an der Blaserei beteiligt war, oder doch mehrere. Jedenfalls gilt für unsere lokale Blase der Pulsar Geminga als einer der Schuldigen, ein Neutronenstern im Sternbild Zwilling, der vor rund 300.000 Jahren bei einer Supernovaexplosion entstanden und einer der uns am nächsten liegenden Pulsare ist. Dieser Geminga hat ordentlich durchs Sonnensystem durch gefegt und für die relativ geringe Dichte an interstellarer Materie gesorgt. 

Sonne sitzt in einer leeren Blase

Ok, wir wissen jetzt , dass die lokale Blase durch die Explosion eines oder mehrerer großer Sterne entstanden und der Raum um unsere Sonne gähnend leer ist und die Sonne in einer riesigen Bubble sitzt. Theo O’Neill vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics sagt dazu: „Das Weltall ist voll von solchen Suberbubbles, die die Bildung von neuen Sternen und Planeten fördern und die Struktur von Galaxien beeinflussen. Indem wir mehr über die physikalischen Prozesse lernen, die unsere lokale Blase prägen, lernen wir auch mehr über die Evolution und Dynamik solcher Suberbubbles allgemein.“ 

Über Aufbau und Größe dieser Blase ist dank der Arbeit der Forscher vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics schon seit Anfang 2022 einiges bekannt. Die Blase ähnelt einem zerquetschtem Kaugummi, hat eine Größe von rund 1000 Lichtjahren und die Sonne befindet sich ziemlich genau in der Mitte in der Lokalen Blase in einer Region namens Lokale Flocke. 

Magnetfelder der lokalen Blase

Und jetzt kommt die grandiose News: Die gesamte Blase wird von komplexen Magnetfeldern durchzogen. Astronomen des Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian haben zum allerersten Mal eine 3D-Karte veröffentlicht, die das Magnetfeld der Blase in bisher unbekannten Details zeigt. Ist das nicht cool? Es ist doch immer wieder unglaublich, wie weit die Forschung ist und wozu Menschen im positiven Sinne fähig sein können. 

Übrigens, wir kennen ja schon das Magnetfeld der Erde, das unseren Planeten vor der gefährlichen Sonnenstrahlung schützt. Ohne das Magnetfeld würden die Lichtteilchen der Sonne einfach unkontrolliert auf Städte einprasseln und das könnte den ein oder anderen Lockdown, äh Blackout zur Folge haben. Also, danke liebes Magnetfeld. 

Magnetfeld als Schutzschild

Und das Magnetfeld, das jetzt kartiert wurde, ist im Grunde auch eine Art Schutz, denn es schützt uns und unser gesamtes Sonnensystem vor der gefährlichen kosmischen Weltraumstrahlung. Insofern ist es gut und wichtig, bestens über dieses Gebilde Bescheid zu wissen. Die Forscherin Alyssa Goodman sagt dazu: „Wir wissen schon lange, dass Magnetfelder eine wichtige Rolle für viele astrophysikalische Phänomene spielen. Aber sie zu untersuchen ist notorisch schwierig.“ 

Magnetfeld der lokalen Blase (Theo O’Neill _ Milkyway3d.org
Magnetfeld der lokalen Blase (Theo O’Neill _ Milkyway3d.org)

Und jetzt haben die Forscher einen weiteren Meilenstein geschafft und eben diese 3D-Karte des Magnetfelds der lokalen Blase erstellt. Dafür haben die Astrophysiker Daten über die Polarisation von Strahlung in der Milchstraße des Planck-Satelliten, eines Mikrowellenteleskops der ESA, analysiert. Die Strahlung schwingt in bestimmte Richtungen und diese Richtungen geben Aufschluss darüber, wo sich der Staub am Rand der lokalen Blase aufhält und wie er magnetisiert ist. Auch der berühmte Gaia-Satellit, der unseren gesamten Himmel dreidimensional optisch durchmustert, war beteiligt und hat die Polarisation von Sternenlicht erfasst. 

Erste 3D-Karte der Heimat-Bubble

Das Ergebnis dieser Datenanalyse war dann letztendlich die erste dreidimensionale Magnet-Karte unserer Heimat-Blase. Und das richtig coole: Die Forscher haben eine interaktive Karte davon frei zugänglich ins Netz gestellt haben. Es ist ja immer wichtig, sich nicht nur in seiner eigenen Bubble zu bewegen, sondern auch mal einen Blick von außen drauf zu wagen. 

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Aber was sehen wir jetzt bei der Darstellung der Blase? In der interaktiven Karte könnt ihr das Magnetfeld an und abklicken und sehen, dass die Oberfläche, also das Drumherum der Super Bubble, stark magnetisiert ist. Im Inneren hingegen finden wir kaum magnetische Aktivität. Und die Ausrichtung und Intensität des Magnetfelds deckt sich weitgehend mit der bereits vermessenen Topographie der Blase. 

Mit den Erkenntnissen der neuen 3D-Karte können die Forscher unsere Super Bubble nun ganz neu erforschen. Das neue Wissen ist zum Beispiel wichtig, um mehr über die Bildung von Sternen oder Planeten zu erfahren. Magnetfelder haben einen großen Einfluss auf die Strömungen von Gasen und Staub – die Grundlage für jede Sternenneubildung. Das heißt, dass die Magnetfelder quasi die Fließbänder regulieren können, über die Gas und Staub in Sternenfabriken transportiert werden. Heißt nichts anderes, dass Magnetfelder beeinflussen können, wo ein neuer Stern entsteht. Oder um es mit den Worten der Forscherin Goodman zu sagen: „Mit dieser Karte können wir endlich näher erforschen, wie die Magnetfelder die Sternbildung in Super Bubbles beeinflussen.“ 

Noch mehr Superblasen im All

Und nicht nur das, die Magnetfelder haben vermutlich noch viel mehr Auswirkungen, die uns derzeit noch gar nicht bewusst sind. Immerhin ist der Weltraum ja wie der bereits erwähnte Schweizer Käse voll mit solchen Superblasen, die eben die Bildung von Sternen und Planeten beeinflussen und somit auch Auswirkungen haben auf das gesamte Erscheinungsbild einer Galaxie. Diese 3D-Karte ist also ein weiterer Schritt in die richtige Richtung, um das kosmische Phänomen der lokalen Blase noch weiter zu untersuchen. 

Diese neue Karte ist absolute Pionierarbeit. Denkt mal an die ersten Karten der Erde zurück, als die Seefahrer mit ihren Eindrücken aus der Neuen Welt zuückkamen und alles kartierten. Das war damals revolutionär und wir leben jetzt in einem Zeitalter, in dem nicht mehr die Erde, nicht mehr der Mond, nicht mehr andere Planeten, sondern interstellare Räume kartiert werden können. Es ist doch absolut faszinierend, wie viel Wissen der Mensch sich immer weiter aneignet und dass die Neugierde einfach nicht zu bändigen ist.

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Polsprung: Verändern sich die Pole?

Polsprung

Kommt bald der Polsprung? Das Magnetfeld der Erde spielt verrückt – wir schauen uns in diesem Beitrag an, ob die magnetischen Pole bald kippen und wie groß die Gefahr für uns  ist.

Es mangelte in den letzten zwei Jahren nicht an globalen Krisen und jetzt soll auch noch der Polsprung bevorstehen? Hiervon liest man derzeit zumindest wieder viel und um das zu verstehen, müssen wir uns erst mal eine Sache genau anschauen: Das Erdmagnetfeld. 

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Ein Polsprung würde nicht bedeuten, dass die komplette Erde kippt. Es geht um die magnetischen Pole. Das Erdmagnetfeld wird zum Großteil von Effekten im Erdkern hervorgerufen, man bezeichnet das als Geodynamo. Der äußere Erdkern ist flüssig und stark eisenhaltig und er umschließt den inneren festen Kern, der fast komplett aus reinem Eisen entsteht. Durch die Bewegung dieser elektrisch leitenden Flüssigkeiten entsteht ein Magnetfeld, das sich in Magnetfeldlinien darstellen lässt. Und diese Magnetfeldlinien treffen sich an zwei Punkten, die nahe dem geographischen Nord- und Südpol liegen. Diese Punkte bezeichnet man als magnetische Pole, aber sie sind nicht identisch mit dem geographischen Nord- und Südpol. Das können sie auch nicht sein, weil das Erdmagnetfeld aufgrund der Prozesse im Erdkern in Bewegung ist, sind diese magnetischen Pole nicht statisch, sondern sie wandern. 

Wanderung des magnetischen Nordpols
Wanderung des magnetischen Nordpols

Magnetfeld beschützt die Erde

Ein weiterer Einfluss ist auch noch wichtig, um das Erdmagnetfeld zu verstehen und das ist unsere Sonne. Dieser riesige stellare Kernfusionsreaktor versorgt uns nicht nur mit Energie und Licht, sondern schießt auch permanent einen Strom geladener Teilchen in den Weltraum, den sogenannten Sonnenwind. Unglaublicherweise stößt die Sonne – und jetzt haltet euch fest – eine Million Tonnen Sonnenwindpartikel pro Sekunde aus. Wenn dieser Sonnenwind die Erde erreicht, wird er vom Erdmagnetfeld aufgefangen und wandert auf den Magnetfeldlinien in Richtung der magnetischen Pole. Wenn er dort ankommt, reagiert er mit den Molekülen der Erdatmosphäre und bringt sie zum leuchten. Diesen Effekt kennen sicherlich viele von euch, das sind Polarlichter. 

Daran sehen wir auch, dass das Erdmagnetfeld extrem wichtig für uns ist, denn die Magnetosphäre unseres schönen Planeten schirmt die Erdoberfläche von den geladenen Partikeln des Sonnenwinds ab. Ohne Magnetfeld wären wir dieser energiereichen Strahlung völlig ausgesetzt und das würde unsere moderne Zivilisation komplett lahmlegen.

Erdmagnetfeld und Sonnenwind
Der Sonnenwind trifft auf das Erdmagnetfeld

Polsprung möglich – Gefahr für uns?

Wir wissen jetzt, dass das Magnetfeld nicht statisch ist, und es kann im Extremfall sogar dazu kommen, dass es sich komplett umkehrt, also die magnetischen Pole ihre Position tauschen. Das ist dann ein Polsprung. Wie zerstörerisch solche Ereignisse sind, darüber herrscht keine Einigkeit, aber klar ist, dass es massive Auswirkungen hat, denn bei einem Polsprung wandern die magnetischen Pole über den Planeten bis sie ihre neue finale Position erreicht haben. 

Wenn wir uns vorstellen, dass ein magnetischer Pol direkt über Deutschland wäre, dann wäre das erst mal schön, weil wir wunderschöne Polarlichter über dem Kölner Dom und dem Brandenburger Tor sehen würden. Aber dann könnte es geschehen, dass der Sonnenwind die komplette Stromversorgung zerlegen würde und niemand kann mehr Fortnite spielen oder Dschungelcamp schauen.

Polsprung tritt alle 200.000 Jahre auf

Und jetzt wirds ein wenig beunruhigend: Wissenschaftler gehen davon aus, dass ein solches Polsprungereignis im Schnitt alle 200.000 Jahre auftritt. Der letzte wirklich gesicherte Polsprung war aber vor 780.000 Jahren. Tatsächlich mehren sich die Anzeichen dafür, dass ein neuer Polsprung bevorsteht. Es gibt drei sehr kuriose Verhaltensweisen des Erdmagnetfelds, die sich niemand erklären kann: Einmal ist die Geschwindigkeit der Wanderung des magnetischen Pols auf der Nordhalbkugel kurios. Seit den 90er Jahren wandert er dreimal schneller als im Schnitt davor. Und da fragt man sich: Warum hat der es so eilig? 

Außerdem hat sich auf der Südhalbkugel eine magnetische Anomalie aufgetan. Über dem Südatlantik wächst eine Region mit einem ungewöhnlich schwachen Magnetfeld. Genannt wird dieses Gebiet vor der Küste Brasiliens „Südatlantische Anomalie“. Bereits Alexander von Humboldt konnte dies im 19. Jahrhundert messen, aber seitdem wird die Anomalie immer stärker. Und da dort das Magnetfeld und seine schützende Wirkung schwächer wird, steigt auch die Strahlenbelastung. Auch hier rätseln die Forscher noch darüber, warum diese Anomalie entstanden ist und vor allem weshalb sie immer stärker wird. 

Strahlenbelastung durch die Südatlantische Anomalie
Steht ein Polsprung bevor? Strahlenbelastung durch die Südatlantische Anomalie

Und schließlich gibt es noch einen dritten Faktor, der auf einen Polsprung hindeuten könne und das ist der gravierendste: In den vergangenen 180 Jahren hat die Stärke des gesamten irdischen Magnetfelds um etwa zehn Prozent abgenommen – zehn Prozent, das ist wirklich eine deutliche Abnahme und da wir ja jetzt wissen, dass die Magnetosphäre uns beschützt, kann einem da schon mal Angst und Bange werden. 

Veränderungen des Erdmagnetfelds gut im Blick

Weil Sonnenstürme ohne Magnetfeld direkt auf uns treffen würden. Das würde nicht nur das Erdklima massiv verändern, sondern wie bereits erwähnt die Technik auf der Erde ziemlich frittieren. Es gibt aber auch ein bisschen Entwarnung. In einer neuen Studie haben schwedische Forscher Informationen über vergangene Polumkehrungen gesammelt. Sie haben versteinerte Lava und sogar jahrtausende alte Tontöpfe analysiert und konnten so mithilfe empfindlicher Instrumente die Richtung und Stärke des Magnetfelds an bestimmten Orten und zu bestimmten Zeiten rekonstruieren. Der beteiligte Geologe Andreas Nilsson sagt: “Wir haben die Veränderungen des Erdmagnetfeldes in den letzten 9000 Jahren kartiert. Anomalien wie die im Südatlantik sind wahrscheinlich wiederkehrende Phänomene, die mit entsprechenden Schwankungen der Stärke des Erdmagnetfeldes zusammenhängen.“ 

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Ein interessanter Punk der Studie ist auch, dass es nicht immer zu einem kompletten Polsprung kommt, sondern nur zu heftigen Bewegungen der magnetischen Pole, die dann wieder in der Ausgangsposition enden. Ein solcher gescheiterter Polsprung geschah vor 42.000 Jahren und könnte auf die damals lebenden steinzeitlichen Menschen starke Auswirkungen gehabt haben. Die schwedischen Forscher haben durch ihre Erkenntnisse auch neue Modelle der Prozesse im Erdkern erstellen können und kommen insgesamt zu einem beruhigenden Fazit: “Aufgrund der Ähnlichkeiten mit den nachgebildeten Anomalien sagen wir voraus, dass die südatlantische Anomalie wahrscheinlich innerhalb der nächsten 300 Jahre verschwinden wird und dass die Erde nicht auf einen Polsprung zusteuert.” 

Das klingt erst mal gut, aber nicht wirklich überzeugend. Zwar kann jetzt die südatlantische Anomalie als Indiz für einen Polsprung ausgeschlossen werden, aber wir haben ja festgestellt, dass es noch weitere Kuriositäten gibt wie die Bewegung des magnetischen Pols und die allgemeine Abschwächung des Magnetfelds. Diese Phänomene bleiben weiterhin einigermaßen rätselhaft und ein Fakt kann schlicht nicht von der Hand gewiesen werden: Irgendwann wird es definitiv zu einem Polsprung kommen. Der Redakteur und Chemiker Lars Fischer schrieb im Spektrum der Wissenschaft: “Andere Untersuchungen hatten ebenfalls ergeben, dass das Erdmagnetfeld sehr variabel ist und sein derzeitiges Verhalten wohl kein Indiz für anstehende dramatische Veränderungen ist.” 

Wir können mit einiger Sicherheit sagen, dass zu unseren Lebzeiten kein Polsprung anstehen wird. Frei nach dem Motto “nach mir die Sintflut” ist das ja schon mal schön. Doch unsere Nachfahren werden sich damit beschäftigen müssen und daher ergibt es Sinn, jetzt schon daran zu forschen, wie man diese Effekte auffangen kann. Wir bräuchten technische Mittel, um menschliche Ballungszentren und vor allem empfindliche technische Geräte vor dem Einfluss des Sonnenwindes abzuschirmen. Im Optimalfall haben wir bis dahin sogar Technologien erfunden, mit denen wir die Ozonschicht davor bewahren könnten, durch die heftige Strahlung durchlöchert zu werden. Und schließlich müsste man durch eine Art Geoengineering die klimatischen Effekte abfedern können, die durch die Bewegung der magnetischen Pole entstehen würden. Also wirklich keine leichte technische Aufgabe, aber immens wichtig, wenn wir nicht in der Zukunft durch einen Polsprung auf dem falschen Fuß erwischt werden wollen. 

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Verrücktes Erdmagnetfeld: Die Wanderung der Pole

Polsprung auf der Erde

Das Erdmagnetfeld spielt verrückt. Einige Forscher befürchten, dass dies ein Anzeichen für einen kommenden Polsprung sein könnte. Potentiell gefährlich für die Menschheit? Lest weiter!

Ein Dankesgruß an unser Erdmagnetfeld? Sollte man schon mal in seinen Tagesablauf einbauen. Denn es ist unser alltäglicher Beschützer vor dem gefährlichen Sonnenwind, ein energiereicher Partikelstrom, den unser Stern aussendet und der die Erde in sehr abgeschwächter Form trifft. Eines von vielen Resultaten: Polarlichter.

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Aber warum sorgt der Sonnenwind überhaupt für die meistens harmlosen Polarlichter? Das liegt daran, dass dieser Sonnenwind vom Erdmagnetfeld eingefangen wird. Es leitet ihn gezielt in Richtung Nordpol und Südpol, wo er die Atmosphärenschichten energetisiert und zum Leuchten bringt. Hätten wir kein planetares Magnetfeld, würde der Sonnenwind uns permanent frontal treffen und so zur großen Bedrohung für Satelliten und das Stromnetz werden. 

Das Magnetfeld wandert

Dass das Magnetfeld bestehen bleibt, ist also von großem Interesse für uns – aber jetzt die schlechte Nachricht: Schon mehrfach in der Erdgeschichte kam es zu heftigen Umbrüchen im Magnetfeld. Bei einem sogenannten Polsprung kehren sich magnetischer Nordpol und magnetischer Südpol um. Die magnetischen Pole sind übrigens nicht identisch mit den geographischen Polen. Unten seht Ihr, wie sehr der magnetische Nordpol in den letzten Jahren gewandert ist. 

Der magnetische Nordpol bewegt sich derzeit mit 40 Kilometern pro Jahr. Der Geologe Ciaran Beggan vom British Geological Survey sagt: “Der magnetische Nordpol ist in den letzten 350 Jahren immer um denselben Teil Kanadas gewandert. Doch seit den 1980er Jahren ist die Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt, von zehn km pro Jahr auf knapp 50 km angestiegen. Bis 2040 werden wahrscheinlich alle Kompasse östlich des wahren Nordens ausgerichtet sein.” Die kuriose Bewegung des magnetischen Nordpols ist also ein Indiz, dass die Pole zu einem Sprung ansetzen könnten. 

Wanderung des magnetischen Nordpols

Was passiert bei einem Polsprung?

Wenn ein solcher Polsprung geschieht, hat das heftige Auswirkungen auf den ganzen Planeten. Vor 42.000 Jahren etwa kam es zu einer Polumkehr und anhand der Analyse von konservierten Baumstämmen aus dieser Zeit konnten Forscher ermitteln, dass es zu einer globalen Klimaveränderung kam sowie erhöhter Strahlung, vor allem in den Gebieten, über die die magnetischen Pole bei ihrem Tausch wanderten. Denn – wir erinnern uns – dort wo die magnetischen Pole sind, wird der Sonnenwind über die Magnetfeldlinien hingeleitet. 

Wenn also der magnetische Nordpol nun beschließen würde, seine Position zu tauschen und dabei über Europa wandern würde, käme es nicht nur zu jeder Menge Polarlichtern hier bei uns, sondern im Zweifelsfall auch zu einem massiven Anstieg gefährlicher Strahlung. Es käme dann vermutlich zu einer Art Strahlungsbombardement, das die Ozonschicht schädigen würde, was schließlich die Wärmeabsorption von UV-Licht in großen Höhen reduziert. Dadurch kommt es zu einer Abkühlung in großer Höhe, was dann die Windsysteme beeinflusst, was wiederum drastische Klimaeffekte nach sich ziehen würde. 

Ein Polsprung würde einen Dominoeffekt an eher unschönen Effekten auslösen. Tatsächlich gehen einige Wissenschaftler davon aus, dass ein Polsprung zeitlich gesehen überfällig ist. Häufig kündigte sich eine solche Polumkehr außerdem durch ein Abschwächen des Erdmagnetfelds und das Auftreten riesiger Anomalien an. Aktuell gibt es eine solche Magnetfeld-Anomalie im Südatlantik, wie Ihr unten auf der Darstellung seht. Das globale Erdmagnetfeld ist außerdem in den letzten 180 Jahren um zehn Prozent schwächer geworden.

Was ist da los? Die südatlantische Anomalie

Steht der Polsprung bevor?

Um herauszufinden, ob der Polsprung unmittelbar bevorsteht, hat ein schwedisches Forscherteam eine der bisher größten Untersuchungen zu dem Thema durchgeführt. Dafür haben sie geomagnetische Daten und archäologische Magnetdaten der letzten 9.000 Jahre ausgewertet. Das ist ohne Zeitmaschine natürlich nicht ganz so einfach, deswegen haben sie unter anderem gebrannte Tonobjekte, Lava und Sedimente, deren Material die damals aktuellen Feldstärken und Ausrichtungen konserviert haben, analysiert. Aus diesen Daten rekonstruierte das Team die Entwicklung des Erdmagnetfelds und seiner globalen und regionalen Veränderungen. 

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Der beteiligte Forscher Andreas Nilsson sagt: “Wir haben dafür eine neue Modellierungstechnik entwickelt, die diese indirekten Daten aus verschiedenen Zeitperioden und Orten zu einer globalen Rekonstruktion des Magnetfelds der letzten 9.000 Jahren vereint.” Die Forscher haben dabei Erstaunliches herausgefunden: Das Erdmagnetfeld scheint des öfteren einfach mal etwas launisch zu sein. Anomalien und Schwächeperioden treten zyklisch auf und führen in den seltensten Fällen zu einer Polumkehr. Laut den schwedischen Forschern kam es im Laufe der letzten Jahrtausende etwa alle 1.300 Jahre zu einer exzentrischen Phase des Erdmagnetfelds. Auch die Südatlantik-Anomalie scheint nichts Außergewöhnliches zu sein. Eine ganz ähnliche Anomalie konnten die Forscher für das Jahr 600 vor Christus datieren. 

So sieht unser Erdmagnetfeld aus

Der Ursprung solcher Anomalien liegt in der Wechselwirkung zwischen Erdkern und Erdmantel. Andreas Nilsson sagt: “Basierend auf den Ähnlichkeiten mit früheren Anomalien sagen wir voraus, dass die Südatlantik-Anomalie wahrscheinlich schon in den nächsten 300 Jahren wieder verschwinden wird.” Insgesamt bedeutet das,,dass das derzeitig auffällige Verhalten des Erdmagnetfelds wieder nur eine periodische Schwächephase ist und nicht zwingend auf einen baldigen Polsprung hindeuten muss. Aber: Eine komplette Entwarnung ist das nicht. Denn einige Phänomene des Erdmagnetfelds sind nach wie vor ungeklärt. Vor allem die rasante Wanderung der magnetischen Nordpole, die derzeit stattfindet, konnten auch die schwedischen Forscher mit ihrer neuen Untersuchung nicht erklären. Dies scheint kein normales periodisches Verhalten zu sein, sondern ist schon selbst über lange geomagnetische Zeiträume gesehen bemerkenswert. Außerdem wissen wir, dass es irgendwann zu einem Polsprung kommen wird – es ist keine Frage des ob, sondern eine Frage des wann. 

Die neue Studie zeigt, dass wir uns vermutlich kurzfristig keine Sorgen machen müssen und “kurzfristig” in geologischen Zeiträumen reicht vermutlich aus, um ein solches Ereignis für unsere Lebensspanne auszuschließen. Aber irgendwann – sei es in 200, 2.000 20.000 Jahren – werden die magnetischen Pole noch mal ihren Walzer aufführen und die Plätze tauschen. 

Ihr wollt mehr über dieses Thema erfahren? Dann schaut direkt mal in das Video von Astro Tim rein:

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