Theoretische Physik
Wie die Magnetfelder in Sonne und Erde entstehen
Seit 2013 gibt ein französisches Experiment Forschern Rätsel auf. Computersimulationen liefern nun eine Erklärung für die zugrunde liegenden Mechanismen.
Neuartige Computersimulationen liefern eine Erklärung für seit Jahren nicht verstandene Ergebnisse eines Experiments, das die Prozesse nachgestellt hat, die dem Erdmagnetfeld zugrunde liegen. Wie genau die Magnetfelder von Erde, Sonne und Galaxien entstehen, ist nicht geklärt.
Bekannt ist, dass das Magnetfeld der Erde durch den sogenannten Dynamo-Effekt entsteht: Im Inneren des Planeten bewegt sich flüssiges, elektrisch leitfähiges Metall in komplexen Strömungsmustern. Dadurch entstehen elektrische Ströme und somit auch Magnetfelder, die wiederum die Strömung der Flüssigkeit beeinflussen.
Nur wenige erfolgreiche Experimente
Seit über 20 Jahren versuchen Forscher und Forscherinnen den Dynamo-Effekt im Labor zu erzeugen. Das gelang bislang nur wenigen Experimenten, unter anderem 2013 in Cadarache, Frankreich. Die Wissenschaftler kurbelten die Strömung von flüssigem Metall mit Antriebsrädern an. Waren die Antriebsräder aus Stahl, stellte sich allerdings kein Dynamo-Effekt ein. Dieser fand sich nur, wenn die Antriebsräder aus Weicheisen waren, das besondere magnetische Eigenschaften hat.
Aufwendige Computersimulation
„Wie dieser Unterschied zustande kommt, war lange unklar“, sagt Prof. Dr. Rainer Grauer vom RUB-Institut für Theoretische Physik I. Gemeinsam mit Dr. Sebastian Kreuzahler und Kollegen aus Frankreich stellte er das Experiment in einer aufwendigen Computersimulation nach. Aus den Daten entwickelten die Forscher eine Theorie, wie die Weicheisen-Antriebsräder die Entstehung des Dynamo-Effekts bewirken. Diese beschreiben sie in der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“.
Nach der Theorie wickeln sich die Magnetfeldlinien aufgrund der Materialeigenschaften um die Antriebsräder auf, und die spezielle Geometrie des Antriebs erzeugt zudem Wirbelstrukturen in der Flüssigkeit, die das Magnetfeld verstärken.
