Teil 1: Elektrizität und Plasma

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Kapitel 8: Die elektrische Ladung der Sonne, der Erde und ihrer Doppelschichten

Wie wir zuvor festgestellt haben, besteht fast alles im Universum aus Plasma. Das gilt auch für unser Sonnensystem. Demnach findet man in diesen ionisierten Bereichen fast überall auch elektrische Ladungen. In diesem Kapitel werden wir versuchen, die unterschiedlichen elektrischen Ladungen der verschiedenen Himmelskörper (Kometen, Monde, Planeten, Sterne, Galaxien) in ihren Kernen, auf ihren Oberflächen, sowie in ihren DS (Doppelschichten), näher zu betrachten. Beachten Sie jedoch, dass ‘relative Ladung’ nicht ‘absolute Ladung’ bedeutet. Oder anders ausgedrückt:: Wenn A positiver geladen ist als B, bedeutet das nicht zwangsläufig, dass die Gesamtladung von A im absoluten Sinne, (also in einem Universum-weiten Sinn), positiv ist. Es bedeutet also nur, dass A positiver als B, oder, dass A weniger negativ als B ist, mit dem es in Bezug bzw. in ‘Relation steht’.

Im Grunde sind diese relativen Ladungen jedoch die ausschlaggebenden Werte, die wirklich zählen - ungeachtet dessen, was die absoluten Ladungen (positiv oder negativ) auch sein mögen - da die Unterschiede in den relativen Ladungen der Grund dafür sind, warum elektrischer Strom überhaupt fließen kann. Da wir hier versuchen, die Unterschiede zwischen Oberflächenladung, DS-Ladung, Kern-Ladung, etc., besser zu verstehen, werden wir uns auf die relative Ladung konzentrieren.

Als Faustregel kann man sagen, dass die meisten Himmelskörper eine Ladung besitzen, die insgesamt negativ ist34. Desweiteren sind diese negativen Körper üblicherweise von einer noch negativeren DS umgeben, die wiederum von einem noch negativer geladenen galaktischen oder interstellaren Plasma umgeben sind. Auf unsere Sonne angewendet, ergibt die Faustregel folgendes: Die Sonne ist in unserem Sonnensystem der am positivsten geladene Körper - relativ gesehen - obwohl ihre absolute Ladung eigentlich negativ ist. Doch ist sie weniger negativ als die Planeten, Kometen, die Heliosphäre und der galaktische Raum, der sie umgibt. Daher kann man Planeten und Kometen als negativ geladene Objekte, relativ zur Sonne, beschreiben.

Abbildung 14 entspricht der Abbildung 11, mit dem Unterschied, dass wir die relativen Ladungen der Erde, Sonne und ihrer DS eingezeichnet haben.

Von der Ebene der Sonne aus betrachtet, gliedern sich die relativen elektrischen Ladungen folgendermaßen auf: Der Kern der Sonne ist positiver als die Oberfläche der Sonne. Die Sonne (Oberfläche und Kern) ist positiver als ihre ‘Blase’ (Heliosphäre), die die Erde und alle Planeten des Sonnensystems umgibt. Die Sonne und ihre Heliosphäre sind positiver als das galaktische Plasma, welches sie umgibt.

In Bezug auf die Erde bleibt festzustellen, dass der Kern, genauso wie bei der Sonne, positiver ist als ihre Oberfläche. Die Erde (Oberfläche und Kern) ist negativer als ihre ‘Blase’ (Ionosphäre). Die Erde und ihre Ionosphäre sind zusammen negativer geladen als das umgebende Plasma (das Plasma der Heliosphäre). In beiden Fällen folgen die elektrischen Ladungen einem Gradienten.

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Abbildung 14: Die relativen elektrischen Ladungen innerhalb und zwischen der Sonne und der Erde (beachten Sie: Einem Körper kann man eine relative positive Ladung zuschreiben während seine absolute Ladung negativ ist)
In Bezug auf die Sonne bedeutet das zum Beispiel: Während man sich vom Kern der Sonne weg bewegt (vom Kern der Sonne zur Oberfläche, Heliosphäre, Heliopause und schließlich zum galaktischen Raum), wird die elektrische Ladung zunehmend negativ:

Elektrisches Potential der Sonne > elektrisches Potential der Heliosphäre > elektrisches Potential des galaktischen Raumes.

In Bezug auf die Erde verläuft es umgekehrt: Die Ladung wird positiver wenn man sich vom Kern entfernt:

Elektrisches Potential der Erde > elektrisches Potential der Ionosphäre > elektrisches Potential des umgebenden Raumes.

Beachten Sie jedoch eine scheinbare Unregelmäßigkeit: Die Sonne zeichnet sich auf der Oberfläche durch eine (relativ) negative Ladung aus, während ihre (relative) Gesamtladung positiv ist. Die Sonne agiert wie ein Generator. Auf der Oberfläche der Sonne werden positiv geladene Protonen durch die ‘Sonnenwinde’35 in Richtung der äußeren Schicht der Heliosphäre davongetragen, während Elektronen zurück zur Oberfläche der Sonne strömen und sich dort ansammeln. Diese zwei Faktoren erklären die negative Ladung der Sonnenoberfläche relativ zu ihrem Kern. Im Gegensatz dazu agiert die Erde nicht als Generator. Die Erde wird von der Sonne angetrieben, welche dafür sorgt, dass die positiv geladene Ionosphäre unserer Erde aufrecht erhalten wird. Da Ladungen von entgegengesetzter Polarität sich anziehen, zieht die positiv geladene Ionosphäre Elektronen, die sich auf der Erdoberfläche befinden, an. Deshalb hat die Erdoberfläche, relativ zum Kern, ein negatives elektrisches Potential.

Die lokalen elektrischen Ladungen, die ich oben beschrieben habe (Oberflächen- und Kernladungen), sind Durchschnittswerte (der Oberflächenladung und Kernladung). Allerdings weisen die Kerne und Oberflächen von Himmelskörpern nicht immer die selbe Ladung an jeder Stelle auf. In Bezug auf die Erde bedeutet das: Obwohl die Oberfläche der Erde im Durchschnitt negativer ist als die Atmosphäre, kann sie lokal in bestimmten Regionen positiver sein. Dieser Umstand kann zu diversen elektrischen Arten der Entladung führen.

Blitze sind lokale Phänomene, die die elektrischen Ladungen in der Region, in der sie sich entladen, ausbalancieren. Diese lokalen Ungleichgewichte der Ladungen sind der Grund dafür, warum wir Wolke-Erde-Blitze (die häufigste Blitzart, in der der Boden positiver ist als die Wolke) beobachten können, aber auch Boden-Wolke-Blitze (wenn der Boden negativer als die Wolke ist) und Wolke-Wolke-Blitze (wenn zwei Wolken sehr unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen). Diese plötzlichen und massiven elektrischen Entladungen ermöglichen das Ausgleichen von Ladungen zwischen zwei Orten, in denen starke lokale positive oder negative Ladungen vorzufinden sind. Wir werden dieses Thema später noch genauer behandeln.36

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© WikipediaAbbildung 15: Wolke-Wolke-Blitze balancieren die elektrischen Potentiale zwischen zwei atmosphärischen Regionen aus.
Kehren wir jetzt aber zur Plasmalampen-Analogie (siehe Kapitel 4) zurück. Wenn Sie die Oberfläche dieses Globus berühren, bildet sich ein dichtes Plasma-Filament zwischen der zentralen Elektrode und der Stelle des Globus, den Sie berühren. Auf ähnliche Weise verhält es sich, wenn eine Fliege zwischen die zwei Drähte einer Elektro-Insektenfalle fliegt: Eine elektrische Entladung wird ausgelöst. In beiden Beispielen erhöht der Fremdkörper (Finger, Fliege) die lokale Konduktivität, verursacht den Weg des geringsten (elektrischen) Widerstandes und ermöglicht es somit, dass eine Entladung durch diese leitfähigere Verbindung stattfinden kann. Während die DS sich zwar wie ein elektrischer Isolator verhält, indem sie die Entladung zwischen dem Körper und dem umgebenden Plasma dämpft, ist sie jedoch kein perfekter Isolator. Wie bei jeder Art von Kondensator fließt elektrischer Strom immer noch durch den Isolator, entweder in Form von Leckstrom oder intensiveren Entladungen, also in Form der drei Entladungsarten die wir zuvor beschrieben haben (dunkel, glühend und Lichtbogen Form). Die Anwesenheit von geladenen Körpern (z.B. Kometen, Planeten, etc.) in der DS eines Himmelskörpers, ist der Hauptauslöser von massiven Entladungen. Wir werden auf diesen Punkt später näher eingehen.

Fußnoten:

34De Grazia, A. & Milton, E., Solaria Binaria, Seite.29
35Der Begriff ‘Sonnenwind’ ist irreführend. Wind wird als ein rein mechanischer Prozess beschrieben: Ein Luftstrom entsteht durch Unterschiede des Luftdrucks. Im Gegensatz zu Luft-Wind ist der Sonnenwind überwiegend ein elektrischer Prozess. Ladungen fließen, angetrieben durch elektrische Felder. Da Sonnenwind ein beliebter Begriff ist, werden wir ihn im Rest des Buches verwenden, merken Sie sich jedoch, dass dieser Begriff inhaltlich nicht wirklich passt.
36Siehe Kapitel 26: ‘Hurrikans, Blitze und Tornados’