Plasmablasen stören Kommunikation
Vermessungen der Ionosphäre klären missglückten Militäreinsatz auf.
Als am frühen Morgen des 4. März 2002 Einsatzkräfte des amerikanischen Militärs in Afghanistan verzweifelt versuchten, Warnmeldungen über Feindbeschuss an einen zur Rettung festsitzender Soldaten ausgesandten Hubschrauber zu senden, führte der Ausfall der Kommunikation zu einem fatalen Ende der Mission am Berg Takur Ghar. Mehr als zehn Jahre später führen Wissenschaftler um Michael Kelly vom Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) die Störungen der Kommunikation auf Plasmablasen in der Ionosphäre zurück. Die Ergebnisse Ihrer Untersuchungen wurden nun in der Zeitschrift Space Weather veröffentlicht.
Abb. Aufsteigende Plasmablasen geringer Dichte führen zu Turbulenzen in der Ionosphäre, die das Signal zu Rausch Verhältnis von Radiowellen verkleinern und so die Kommunikation über Satelitt verhindern. (Bild: U.S. Air Force Research Laboratory (AFRL))
Bei den Plasmablasen handelt es sich um Wolken geladener Teilchen, die sich in der Atmosphäre nach Sonnenuntergang in ca. 200 - 400 km Höhe bilden. Die in dieser Atmosphärenschicht, der sogenannten Ionosphäre, vorherrschenden Gasteilchen sind großenteils durch die Sonneneinstrahlung ionisiert. Ist die das Verhältnis geladener zu ungeladenen Teilchen so hoch, dass die physikalischen Eigenschaften der Gase stark verändert sind, spricht man von einem Plasma. Durch Stöße im Plasma rekombinieren Ionen und Elektronen zwar wieder zu Neutralteilchen, tagsüber stellt sich jedoch durch erneute Ionisation aufgrund der konstanten Sonneneinstrahlung ein Gleichgewicht ein. An diesen oft 100 km langen Plasmabändern werden Radiowellen zwar gebeugt oder gestreut, gehen aber ansonsten ungehindert durch die Ionosphäre hindurch und können zur Kommunikation zwischen Erde und Satellit genutzt werden.
Bleibt jedoch nachts die ionisierende Strahlung aus, rekombinieren die Ladungsträger lediglich und es werden keine neuen nachgebildet. Diese stoßbedingte Rekombination geht in unteren Atmosphärenschichten schneller, da dort die Teilchenzahldichte, und somit die Stoßwahrscheinlichkeit, höher ist. So entstehen in unteren Atmosphärenschichten Plasmablasen geringerer Dichte, die dann nach oben steigen. An den Rändern dieser Plasmablasen entstehen Turbulenzen, die die Radiowellen soweit streuen, dass sie ihr Ziel nicht mehr erreichen.
In der Region Afghanistan ist im Frühling die Hochsaison für die Bildung solcher Plasmablasen. Das Autorenteam konnte anhand von Daten, die mit Hilfe des Global Ultraviolet Imager (GUVI) an Bord der TIMED Orbiters genau zum Zeitpunkt der Mission am Takur Ghar gewonnen wurden, aufdecken, dass sich in der Tat Plasmablasen zwischen Kommunikationssatellit und Einsatzort des Hubschraubers befanden.
In der Region Afghanistan ist im Frühling die Hochsaison für die Bildung solcher Plasmablasen. Das Autorenteam konnte anhand von Daten, die mit Hilfe des Global Ultraviolet Imager (GUVI) an Bord der TIMED Orbiters genau zum Zeitpunkt der Mission am Takur Ghar gewonnen wurden, aufdecken, dass sich in der Tat Plasmablasen zwischen Kommunikationssatellit und Einsatzort des Hubschraubers befanden. In Zusammenhang mit dem unwegsamen, Funkverkehr abschattenden bergigen Gelände trugen diese Plasmablasen zur Störung der Kommunikation bei.
Die Wissenschaftler entwickelten ein neues Modell, das elektronenarme Regionen der Ionosphäre ausweist, so dass nun Militär und andere auf einwandfreie Kommunikation angewiesene Branchen mögliche Störungen von Funkverkehr berücksichtigen können.
JHU APL / LK
