Der Dynamoeffekt im Sonnensystem

 1. Allgemeines zum Plasmadynamo im Sonnensystem

Was als die Ursache des Magnetismus für die Erde gilt, gilt auch für die Planeten. Damit kann man das als einen zusätzlichen Beweis für die Richtigkeit des Plasmadynamo ansehen. Für den Magnetismus aller Planeten durch einen Plasmadynamo werden folgende Kriterien verglichen und bewertet:

•     Größe 
•     Gravitation
•     Rotationsdauer
•     Lage (Neigung) der Rotationsachse zur Ekliptikebene
•     Durchmesser des Ringstromes
•     Entfernung zur Sonne (Sonnenwindstärke

Bei allen Planeten lässt sich damit deren Magnetismus mit dem PD vollständig und lückenlos beschreiben, was mit dem Geodynamo nicht gelingt. 

2. Der Magnetismus der Planeten

Merkur: 

Die Sonne bescheint den Merkur auf Grund seiner Nähe zur Sonne viel intensiver als die Erde. Das Magnetfeld des Merkurs ist trotzdem einhundert Mal schwächer. Obwohl aufgrund der Sonnennähe der Sonnenwind beträchtlich ist, kann kein nennenswertes Magnetfeld bestehen, weil die geringe Gravitation von 3,7 m/s² keine Plasmawolke festhalten kann und die geringe Rotation von 58,5 d keinen Strom liefern kann.

Venus:

Obwohl für die Venus ein ähnlich großer Nickel-Eisen-Kern wie für die Erde angenommen wird, verfügt sie ebenfalls nur über ein verschwindend schwaches Magnetfeld. Für die Venus gilt wie für den Merkur, dass der Sonnenwind beträchtlich ist. Die Gravitation entspricht fast der Doppelten des Merkurs. Dennoch kann kein Magnetfeld entstehen, weil die äußerst geringe Rotation von 243 d keinen Strom liefern kann.

Mars:

Vom Mars ist ebenfalls ein sehr schwaches Magnetfeld mit Werten zwischen 0,5 μT und 0,2 nT bekannt. Es wird behauptet, der Mars hätte vor vier Milliarden Jahren ein stärkeres Magnetfeld gehabt, welches später verschwunden wäre. Wie sollte aber ein Magnetfeld verschwinden? Der Mars hätte demnach eine grundsätzlich andere Gestalt oder ein anderes Verhalten annehmen müssen, etwa eine doppelte Rotationsgeschwindigkeit, eine deutlich höhere Fallbeschleunigung oder einen wesentlich größeren Durchmesser. Nichts davon ist bekannt. Eine vergleichende Schätzung zwischen Erde und Mars auf der Grundlage der eingangs genannten Kriterien zeigt, dass der Mars noch nie ein stärkeres Magnetfeld gehabt haben kann:

•         durchschnittliche Flussdichte   der Erde (Ausgangswert)              50 μT ;
•      von der Sonne beschienene Querschnittfläche                    38 % auf die Erde bezogen;
•       Fallbeschleunigung                                                              37 % auf die Erde bezogen;
•         Rotationsgeschwindigkeit am Äquator                                50 % auf die Erde bezogen;
•       Vom Elektronengürtel umschlossene Fläche                       45 % auf die Erde bezogen
•        Sonnenwindstärke                                                               20 % auf die Erde bezogen;

Daraus erhält man mit 50 μT x 0,28 x 0,37 x 0,5 x 0,45 x 0,2 = 0,233 μT die wahrscheinliche, mittlere Flussdichte auf dem Mars. Dieser Wert entspricht ziemlich genau den gemessenen Werten.

Jupiter: 

Die Menge der vom Jupiter festgehaltenen Elektronen und Protonen des Sonnenwindes ist aufgrund seines Durchmessers und seiner Gravitation deutlich größer als bei allen anderen Planeten. Auch dreht sich der Jupiter am schnellsten von allen Planeten um seine Achse. So ist es nicht verwunderlich, dass er auch das stärkste Magnetfeld im Sonnensystem besitzt. Am Äquator beträgt die Stärke des Feldes 400 μT, an den Polen 1.000 bis 1.400 μT. Es gelte als gesichert, dass metallischer Wasserstoff im Inneren des Jupiters sowie die schnelle Rotation entscheidende Rollen spielen würden, obwohl völlig unbekannt ist, ob metallischer Wasserstoff wirklich existiert und welche magnetischen Eigenschaften er hat. Eine vergleichende Schätzung zwischen Erde und Jupiter auf der Grundlage der eingangs genannten Kriterien zeigt folgende Werte:

• durchschnittliche Flussdichte der Erde (Ausgangswert)                     50 μT ;
• von der Sonne beschienene Querschnittfläche               10,5 fach auf die Erde bezogen;
• Fallbeschleunigung                                                           2,5 fach auf die Erde bezogen;
• Rotationsgeschwindigkeit am Äquator                           12,8 fach auf die Erde bezogen;
• größere Fläche durch geringere Achsneigung                  1,2 fach auf die Erde bezogen;
• vom Elektronengürtel umschlossene Fläche                     15 fach auf die Erde bezogen
• Sonnenwindstärke                                                               0,5 % auf die Erde bezogen;

Daraus erhält man mit 50 μT x 10,5 x 2,5 x 12,8 x 1,2 x 15 x 0,005 = 1476 μT die wahrscheinliche, mittlere Flussdichte auf dem Jupiter. Dieser Wert entspricht ziemlich genau den gemessenen Werten.

Saturn: 

Die Menge der vom Saturn festgehaltenen Elektronen und Protonen des Sonnenwindes und der anderen kosmischen Strahlungen ist aufgrund seines Durchmessers und seiner Gravitation ebenfalls bedeutend groß. Auch dreht sich der Saturn fast so schnell wie der Jupiter um seine Achse. Deshalb besitzt der Saturn ebenfalls ein starkes, mit der Rotationsachse symmetrisches Magnetfeld, welches jedoch etwas schwächer als das Feld des Jupiters ist. Wie bei der Erde und beim Jupiter ist das Magnetfeld am Planeten fest verankert und folgt zwangsweise der Rotation. Ansonsten gelten für den Saturn die gleichen Punkte wie für den Jupiter. Dass das Magnetfeld dennoch schwächer ist als beim Jupiter, ergibt sich daraus, dass die Rotationsachse 24° mehr geneigt und damit die wirksame Fläche rechtwinklig zur Sonne bedeutend geringer ist und der Sonnenwind auf Grund der Entfernung zur Sonne noch schwächer wirkt. Obwohl der Saturn ein ausgeprägtes Ringsystem besitzt, hat dasselbe kaum Einfluss auf das Magnetfeld, weil die das Magnetfeld bestimmenden Ringströme außerhalb des Ringsystems entstehen und wirken.

Uranus: 

Der Uranus zeichnet sich dadurch aus, dass seine Achse 97,8 Grad zur Ekliptik geneigt ist und sie scheinbar auf der Ekliptikebene entlangrollt. Wegen der ungewöhnlichen Ausrichtung steht die Sonne pro Umlauf (= 84 Jahre) jeweils einmal über seinem Südpol, einmal über seinem Nordpol und zweimal über dem Äquator. Das bedeutet, dass sich im Laufe von 21 Jahren die Rotationsachse scheinbar um 90° in der Ekliptikebene dreht.

Seine Gravitation ist vergleichbar mit der von der Erde, obwohl er viermal größer ist. Auch benötigt er nur 17,2 h für eine Umdrehung um sich selbst. Wie der Saturn ist er in der Äquatorebene von Ringen umgeben. Diese unterscheiden sich von den Saturnringen vor allem durch feinen Staub zwischen allen Ringen.

So wie alles am Uranus ist auch sein Magnetfeld ungewöhnlich. Im Gegensatz zu anderen Planeten würde der Uranus angeblich ein variables Quadrupolfeld besitzen, dessen Stärke auf der nördlichen Halbkugel bis zu 110 Mikrotesla und auf der südlichen Halbkugel nur 10 Mikrotesla beträgt, das heißt, magnetischer Äquator und magnetische Achse befinden sich deutlich außerhalb des Planetenmittelpunktes wie auf astropage.eu ausgeführt. Weitere Angaben zum Magnetfeld des Uranus sind nicht bekannt, insbesondere nicht, wie es zustande kommt. Jedenfalls kann es kein Quadrupolfeld sein, denn es existieren nur eine Rotationsachse und nur eine Strömungsrichtung des Sonnenwindes. Deshalb ist es ein Dipol.

Bei Anwendung des PD auf die Verhältnisse des Uranus lässt sich die Herkunft des Magnetfeldes erklären. Das bisher bekannte Magnetfeld kann allerdings nur eine Momentaufnahme des 84-jährigen Zyklus sein, weil sich die Richtung der Polarität des Magnetfeldes während dem Umlauf um die Sonne in 84 Jahren kontinuierlich von einer Seite des geografischen Äquators auf die andere verlagert.

© Carl Niemann: Umlaufbahn des Uranus

Während des Umlaufs gibt es alle 21 Jahre eine bestimmte Episode. Beginnt man mit der bekannten Momentaufnahme des Magnetfeldes nach Kubisch, dann bestand die damit verbundene Konstellation darin, dass die Rotationsachse mit der einen Halbkugel (angenommen der nördlichen) auf die Sonne zeigte und damit zirkumpolar den Sonnenwind erhielt. Diese Konstellation bekommt hier deshalb die Benennung Episode N (wie Norden). Auf seinem Weg wird der Sonnenwind vom Ringsystem des Planeten gebremst und verwirbelt, so als würde man Rauch in einen Ventilator blasen. Aber die Gravitation hält die Plasmawolke hinter dem Ringsystem zu einem Ringstrom fest, und es bildet sich ein Magnetfeld, dessen Zentrum außerhalb des Planetenzentrums im Schatten auf der sonnenabgewandten Halbkugel (der südlichen) liegt. Im Verlauf der nächsten 21 Jahre bewegt sich der Uranus auf seiner Umlaufbahn einen Viertelkreis weiter und die Sonne scheint dann auf den Äquator. Damit ergibt sich die nächste Episode, Episode Ä (wie Äquator) genannt. Diese Konstellation entspricht der gleichen wie auf der Erde zu den Äquinoktien. Man kann einen Mechanismus annehmen wie bei dem geregelten, rezenten Magnetfeld der Erde. Das heißt, die Episode Ä repräsentiert ein regelrechtes Magnetfeld mit einer Feldachse gleich der Rotationsachse. Die äquatorialen Ringe bleiben ohne Einfluss, weil sie das Plasma lediglich symmetrisch teilen. Nach weiteren 21 Jahren ergibt sich die nächste Episode, die Episode S (wie Süden). Die damit verbundene Konstellation entspricht der gleichen wie bei Episode N, nur dass die Sonne jetzt zirkumpolar auf die südliche Halbkugel scheint. Während dem letzten Viertel, nach weiteren 21 Jahren, dreht sich nun der Uranus auf seiner Bahn wieder so, dass die Sonne auf den Äquator scheint und die Konstellation entspricht zum zweiten Mal der Episode Ä. Danach beginnt der nächste Zyklus N. Sollte sich im Inneren des Uranus magnetisierbare Materie befinden, wie Eisen oder wegen tiefer Temperaturen ferromagnetisch gewordene Paramagnetika, stellen sich die Fragen, inwieweit es zu Feldverzerrungen oder Asymmetrien käme. Insgesamt können nur weitere Beobachtungen und Messungen dieses zyklisch variable Magnetfeld bestätigen oder eben nicht.

Neptun: 

Der Neptun ist der äußerste der sogenannten Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Er ist nur wenig kleiner als der Uranus und erhält aufgrund der größeren Entfernung zur Sonne noch weniger Sonnenwind. Er rotiert in 16 Stunden einmal um sich selbst und wird von einem vierfach geteilten Ringsystem umgeben, welches ebenfalls in eine Staubwolke eingebettet ist. Die Gravitation beträgt etwa ein Viertel mehr als auf dem Uranus. Das Magnetfeld ist wie das von Uranus gegenüber der Rotationsachse geneigt. Im Großen und Ganzen bestehen beim Neptun insgesamt die gleichen Verhältnisse wie beim Uranus. Die Neigung der Rotationsachse beträgt allerdings nur 28°. Daraus ergibt sich mit dem PD ebenfalls ein ähnlicher, zyklischer Mechanismus für das Magnetfeld wie beim Uranus, nur nicht so extrem ausgeprägt.

Pluto: 

Der Pluto ist weiter von der Sonne entfernt als alle anderen Planeten des Sonnensystems. Er erhält kaum noch Sonnenwind. Auch seine Gravitation beträgt nur 1/25 von der der Erde. Außerdem rotiert er wesentlich langsamer als die Erde. Ein Magnetfeld wurde bisher nicht erkannt. Nach dem Mechanismus des PD kann es auch nicht existieren, weil wegen des geringen Sonnenwindes und der geringen Gravitation kein Plasma am Planeten gehalten werden kann.

 

3. Der Magnetismus der Sonne

Die Sonne soll ähnlich wie die Erde ein dipolisches Magnetfeld besitzen. Über das Magnetfeld der Sonne findet man wie auch beim Erdmagnetismus zahlreiche Schriften ähnlichen Inhalts. Deshalb soll hier stellvertretend für alle anderen Schriften von der Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung von 2015 Gebrauch gemacht werden. Darin wird das Magnetfeld der Sonne folgendermaßen charakterisiert, wie die ausgewählten Zitate von Krummheuer zeigen:

1. In diesem Inferno entsteht ein Magnetfeld, das in seiner Grundstruktur jenem der Erde ähnelt. Es besitzt die Form eines Dipols, dessen Magnetfeldlinien an den Sonnenpolen die Oberfläche durchstoßen.

2. Die Magnetfelder sind jedoch an das heiße, elektrisch leitende Gas gebunden und werden von ihm in komplizierter Weise gedehnt und verzogen – wie Gummibänder in Honig, den man rührt. So wird eine anfänglich zur Rotationsachse parallel verlaufende Magnetfeldlinie von dem rotierenden Gas mitgeschleppt.

3. Das Gas in der Äquatorregion bewegt sich jedoch wesentlich schneller als in mittleren und hohen Breiten. Dadurch werden die Feldlinien im Äquatorbereich in die Länge gezogen und wickeln sich im Laufe von mehreren Umdrehungen regelrecht auf: Es bildet sich ein ringförmiges Magnetfeld in Ost-West-Richtung, auch Toroidalfeld genannt.

4. Diese Magnetfeldlinien können sich zu dicken Bündeln vereinigen, die nach oben steigen, bis sie schließlich aus der Oberfläche austreten und eine Schlaufe formen.

5. […] haben die Wissenschaftler bewiesen, dass das an der Oberfläche der Sonne messbare Magnetfeld die einzige Quelle für das geordnete, toroidale Feld im Sonneninnern ist.

6. Im Verlaufe eines Elf-Jahres-Zyklus wechselt das Dipolfeld seine Richtung: Der magnetische Nordpol wird zum Südpol und umgekehrt.

7. Zukünftig wird sich die Vorhersagekraft weiter überprüfen lassen. Bisher ist es sehr schwierig, die Stärke des Dipolfeldes zu messen, weil die Sonnenpole von der Erde kaum einsehbar sind.

Eine Analyse dieser Zitate aus der Sicht der Elektrophysik führt dazu, dass die Charakteristik des Sonnenmagnetfeldes eine ganz andere ist als dargestellt. Beginnt man mit dem 7. Auszug, wird deutlich, dass die Aussagen 1 bis 6 nur Vorhersagen sind, die erst noch überprüft werden müssen. Mit Zitat 1 wird behauptet, dass das Sonnenmagnetfeld ein Dipolfeld wäre, obwohl man die Stärke des Dipolfeldes kaum messen könne. Von den Forschungen mit der Raumsonde Ulysses wird aber die Nichtexistenz eines Dipolfeldes bestätigt. Diese besagen, dass das Magnetfeld der Sonne im Gegensatz zu bestehenden Theorien keine Breitenabhängigkeit aufweist. Dass nach Zitat 2 und 3 die Magnetfelder an das elektrisch leitende Gas (Plasma) gebunden sind, kann nicht als besondere Erkenntnis gewertet werden, denn die Einheit von sich bewegenden Ladungen und Magnetismus gilt als bekannte, fundamentale Tatsache. Eine weitere Tatsache besteht darin, dass Magnetfeldlinien nicht von rotierendem Gas „mitgeschleppt“ werden können. Erstens sind Feldlinien nicht existierende, gedachte Linien, um den Feldverlauf anschaulich zu machen. Zweitens stellt ein Magnetfeld eine im Raum verteilte Kraftwirkung ohne Masse dar, die alle Massen durchdringt. Drittens stehen Bewegungsrichtung und Magnetismus immer rechtwinklig zueinander. Insofern können die Feldlinien bzw. richtigerweise kann das Feld nicht gedehnt, verzogen, gewickelt oder mitgeschleppt werden. Magnetismus, Rotation, Konvektion und Gravitation beeinflussen lediglich die Partikel und Ladungen des Plasmas. Die Aussage nach Zitat 3, dass ein ringförmiges Magnetfeld existiert, welches auch Toroidalfeld genannt wird, kann als Hauptcharakteristikum des Sonnenmagnetfeldes angesehen werden. Obwohl Aussage 4 aus elektrodynamischer Sicht völlig falsche Darstellungen enthält, kommt es bei entsprechender Richtigstellung dem Grundmechanismus der Bildung des Magnetfeldes sehr nahe. Dass jedoch das gebündelte Magnetfeld Schlaufen formt, entbehrt jeder Grundlage. Vielmehr bilden die schlaufenförmigen Materieströme (Protuberanzen) Magnetfelder um sich herum.  

© Carl Niemann: Magnetismus der Protuberanzen

Laut Zitat 5 würde das an der Oberfläche der Sonne messbare Magnetfeld als einzige Quelle für das toroidale Feld im Sonneninnern gelten. Wenn schon das äußere Feld kaum messbar ist, erhebt sich die Frage, woher es Kenntnisse über ein toroidales Feld im Sonneninnern gibt. Ungeachtet dessen kann man hieraus entnehmen, dass das Magnetfeld von der Oberfläche der Sonne ausgeht. Nach Zitat 6 würde sich das Dipolfeld alle 11 Jahre umpolen. Wenn es denn ein Dipolfeld gäbe, wie sollte die periodische Umpolung funktionieren? Sie wurde bisher nicht gemessen und nicht beobachtet. Sie kann gar nicht existieren, wie bereits allgemein im im vorigen Post begründet wurde. Außerdem muss davon ausgegangen werden, dass es sich eben nicht um ein Dipolfeld, sondern um die Summe von einzelnen Feldern handelt. In diesem Sinne berichten Forscher der Universität Göttingen, dass die Sonnenoberfläche von mindestens 660.000 kleinen Magnetgebieten übersät ist, die auch bei geringer Sonnenaktivität Magnetismus erzeugen und dass auf der Oberfläche riesige Strömungszellen über Monate hinweg bestehen. Weil die Sonne nicht von einem von irgendwoher kommenden Wind mit Elektronen und Protonen getroffen wird, gibt es auch keine Ringströme wie bei den Planeten und damit kein rotationsbedingtes Magnetfeld. Was es aber gibt, sind die andauernd mehr oder weniger magnetisch aktiven Zonen über der Oberfläche, die aus aneinandergrenzenden Zellen unterschiedlichster Form und Größe von Wirbeln, Blasen, Flares und Protuberanzen gebildet werden. Die Höhe dieser Zonen resultiert aus der Höhe der Protuberanzen, die bis zu 40.000 km betragen. Einzelne Zellen können wenige Minuten bis über Monate hinweg existieren. Im Gegensatz zu der Behauptung, die flüssige Materie würde entlang der magnetischen Feldlinien geführt werden, entspricht es den Gesetzen der Elektrophysik, dass zum Beispiel die Wirbel senkrecht zu ihrer Oberfläche Magnetfelder erzeugen bzw. dass die Plasmaströme um sich herum Magnetfelder hervorrufen. Insgesamt existiert also kein Sonnenmagnetfeld als Ganzes, sondern ein Konglomerat von vielen kleinen, großen, kreuz und quer stehenden, liegenden, schwebenden und sich überlagernden Einzelfeldern, die sich äquatorial häufen und sich mit der Oberfläche mit drehen. Die äquatoriale Konzentration resultiert nicht daraus, dass infolge der Rotation das Magnetfeld radial nach außen gedrängt wird, sondern weil infolge der Fliehkraft im Äquatorbereich eine größere Menge an Materie nach außen geschleudert wird als an den Polen.

© Carl Niemann: Das Magnetfeld der Sonne