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SONNE
Rätsel um inaktive Sonne gelöst?
von Stefan Deiters
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4. März 2011

Unsere Sonne ist seit einiger Zeit wieder aktiv und damit in den letzten Wochen mehrfach in die Schlagzeilen geraten. Zuvor sah das allerdings über viele Monate ganz anders aus und Wissenschaftler haben gerätselt, warum das solare Aktivitätsminimum so lange andauerte. Neue Computersimulationen könnten dieses Rätsel nun gelöst haben.

Sonne

Im Inneren der Sonne gibt es gewaltige Strömungen, die Plasma vom Äquator zu den Polen und wieder zurück transportieren. Bild: Andrés Muñoz-Jaramillo / Harvard CfA  

"In der Sonne gibt es riesige Ströme aus Plasma, die den Strömungen in den Ozeanen der Erde gleichen", erläutert Andrés Muñoz-Jaramillo, der derzeit am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) im amerikanischen Cambridge als Gastwissenschaftler forscht. "Diese Plasmaströme beeinflussen die Aktivität der Sonne auf eine Weise, die wir gerade erst zu verstehen beginnen."

Unsere Sonne besteht aus Plasma, einem ungeheuer heißem Gas, in dem sich Elektronen und Ionen frei bewegen und dabei Magnetfelder erzeugen, die für eine Vielzahl von Phänomenen auf der Sonne verantwortlich sind, wie beispielsweise Sonnenflecken oder Eruptionen. Plasma wird von Physikern auch gern als vierter "Aggregatzustand" der Materie bezeichnet - neben fest, flüssig und gasförmig.

Die solare Aktivität schwankt in einem Zyklus von durchschnittlich elf Jahren. Während der stärksten Aktivität, im sogenannten solaren Maximum, ist die Oberfläche der Sonne mit zahlreichen Sonnenflecken bedeckt und es kommt zu regelmäßigen und äußerst starken Eruptionen. Wenn das ins All geschleuderte Plasma die Erde erreicht, können spektakuläre Polarlichter entstehen, es kann aber auch zu Störungen in elektrischen Einrichtungen oder bei der Kommunikation kommen.

Während des solaren Minimums hingegen gibt es kaum Sonnenflecken und nur recht selten Plasmaeruptionen. Doch die geringe Aktivität der Sonne hat trotzdem Auswirkungen auf die Erde. So kühlt sich wegen der geringeren Aufheizung durch UV-Strahlung die Erdatmosphäre ab und zieht sich zusammen, so dass es weniger Luftreibung für Satelliten oder auch Weltraummüll gibt. Auch gelangen wegen des weniger intensiven Sonnenwinds mehr Partikel der kosmischen Strahlung ins innere Sonnensystem.

Solare Minima dauern in der Regel um die 300 Tage. Das letzte Minimum allerdings war mit einer Länge von 780 Tagen das längste seit 1913 (astronews.com berichtete wiederholt). "Zwei Dinge fielen beim letzten Minimum auf", erklärt Muñoz-Jaramillo. "Es gab eine lange Zeit ohne Sonnenflecken und ein sehr schwaches polares Magnetfeld. Wenn wir das solare Minimum verstehen wollen müssen wir beiden Faktoren erklären."

Um dem Problem auf den Grund zu gehen, simulierten Muñoz-Jaramillo und seine Kollegen die letzten 210 Aktivitätszyklen der Sonne am Computer. Das besondere Interesse galt dabei den Plasmaströmen, die vom Äquator der Sonne zu höheren Breitengraden laufen. Das Plasma steigt, ganz ähnlich wie in den Ozeanen der Erde, am Äquator auf, strömt in Richtung der Pole und sinkt dort wieder ab, um dann Richtung Äquator zurückzufließen. Mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von rund 60 Kilometern pro Stunde benötigt es für einen Umlauf etwa elf Jahre.

Die Forscher entdeckten, dass die Plasmaflüsse in der Sonne mal schneller und mal langsamer sind, ganz ähnlich wie bei einem nicht richtig funktionierendem Förderband. Kommt es in der ersten Hälfte eines Zyklus zu schnelleren Strömungen und in der zweiten Hälfte zu einem langsameren Fluss, kann dies zu einem ausgedehnten solaren Minimum führen. Als Grund für diese Geschwindigkeitsveränderungen vermuten die Wissenschaftler komplexe Wechselwirkungen zwischen dem Plasmafluss und den solaren Magnetfeldern.

"Es ist wie bei einer Fließbandproduktion", vergleicht Muñoz-Jaramillo. "Wenn das Band langsamer wird, wird der Abstand zwischen dem Ende des einen Zyklus und dem Anfang des nächsten größer." Natürlich hoffen die Forscher irgendwann Zeitpunkt und Stärke der kommenden Maxima und Minima vorhersagen zu können. Bislang haben sie sich aber auf die solaren Minima konzentriert, können jedoch selbst das kommende Minimum, das für 2019 erwartet wird, noch nicht vorhersagen.

"Wir können nicht voraussagen, wie sich die Bewegung dieser Plasmaströme verändern wird", erklärt Dibyendu Nandy vom Indian Institute of Science Education and Research in Kolkata, der Erstautor eines Fachartikels über die Untersuchungen, der jetzt in der Zeitschrift Nature erschienen ist. "Wenn wir aber sehen, wie sich die Strömungen verändern, wissen wird, was das für Folgen haben wird."

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Sonne: Warum die Sonnenflecken ausbleiben - 22. Juni 2009
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Sonne: Ruhige Sonne nicht ungewöhnlich - 11. Juli 2008
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Links im WWW
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
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