Bugstoßwelle

Als Bugstoßwelle (auch Bugschock, englisch bow shock) wird in der Astronomie die bogenförmige Stoßfront bezeichnet, die entsteht, wenn ein Plasmastrom auf ein astronomisches Objekt („Hindernis“) trifft und dabei von Über- auf Unter­schall­geschwindigkeit abgebremst wird. Das Plasma wird dabei verdichtet und aufgeheizt. Es handelt sich dabei um ein astronomisches Phänomen, entfernt vergleichbar mit dem Überschallknall in der Luftfahrt.

Bugstoßwelle mit circa einem halben Lichtjahr Durchmesser innerhalb der vergleichsweise dichten interstellaren Materie des Orionnebels, hervor­gerufen durch die Kollision mit dem Sternwind des Sterns LL Orionis

Für magnetisierte Planeten geschieht dies an der Grenze, an der die Geschwindigkeit des Sternwinds infolge seiner Annäherung an die Magnetopause abrupt abnimmt. Bei Sternen mit Bugstoßwelle ist diese Grenze typischerweise der Rand der Astrosphäre, wo der Sternwind auf das interstellare Medium trifft. Entgegen früheren Annahmen gibt es am Sonnensystem, der Heliopause vorgelagert, vermutlich keine Bugstoßwelle, da die Relativgeschwindigkeit der Sonne gegenüber dem umgebenden interstellaren Medium subsonisch ist.

Wenn ein Plasma­strom hingegen mit Unter­schall­geschwindigkeit auf ein Hindernis trifft, kann nur eine Bugwelle auftreten – das Plasma wird dann lediglich gestaut und seitlich abgelenkt.

Beispiele

Eine Bugstoßwelle kann z. B. entstehen:

• bei der Wechselwirkung des Sonnenwindes mit der Magnetosphäre eines Planeten, z. B. der Erde oder des Jupiter;
• bei der Wechselwirkung des Sonnenwindes mit der Koma eines Kometen;
• bei der Wechselwirkung von interstellarem Gas mit Sternwind (siehe Astrosphäre). Dies betrifft vor allem auch Schnellläufer (high-velocity stars), die sich mit hoher Geschwindigkeit durch das interstellare Medium bewegen. Beispiele hierfür sind Zeta Ophiuchi und Kappa Cassiopeiae.

Rund um die Planeten und die Erde

Bugschocks treten auch um Planeten auf, sowohl um unmagnetisierte wie Mars and Venus als auch um magnetisierte wie die Erde, Jupiter oder Saturn.

Das am besten untersuchte Beispiel für einen Bugschock ist derjenige, der dort auftritt, wo der Sonnenwind auf die Magnetopause der Erde trifft. Der Bugschock der Erde ist etwa 17 Kilometer dick und befindet sich etwa 90.000 Kilometer vom Planeten entfernt.

Einzelnachweise

1. Lexikon der Physik. Spektrum der Wissenschaft, abgerufen am 19. März 2018. 
2. A.C. Sparavigna, R. Marazzato: Observing stellar bow shocks. 10. Mai 2010, arxiv:1005.1527 (englisch). 
3. Benjamin Knispel: Heliosphäre. Die Entdeckung der Langsamkeit. In: ASTROnews. 11. Mai 2012, abgerufen am 14. Mai 2012.
4. C. Mazelle, D. Winterhalter, K. Sauer, J.G. Trotignon: Bow Shock and Upstream Phenomena at Mars. In: Space Science Reviews. 111. Jahrgang, Nr. 1, 2004, S. 115–181, doi:10.1023/B:SPAC.0000032717.98679.d0, bibcode:2004SSRv..111..115M (englisch). 
5. C. Martinecz: Location of the bow shock and ion composition boundaries at Venus - initial determinations from Venus express ASPERA-4. In: Planetary and Space Science. 56. Jahrgang, Nr. 6, 2008, S. 780–784, doi:10.1016/j.pss.2007.07.007, bibcode:2008P&SS...56..780M (englisch). 
6. Karoly Szego: Cassini plasma spectrometer measurements of Jovian bow shock structure. In: Journal of Geophysical Research: Space Physics. 108. Jahrgang, A7, 18. Juli 2003, S. 1287, doi:10.1029/2002JA009517, bibcode:2003JGRA..108.1287S (englisch). 
7. Cassini encounters Saturn's bow shock In: Department of Physics and Astronomy, University of Iowa (english) 
8. Cluster reveals Earth's bow shock is remarkably thin In: European Space Agency, 16. November 2011 (english) 
9. Cluster reveals the reformation of the Earth's bow shock In: European Space Agency, 11. Mai 2011 (english)