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SONNE
Sonnenflecken im Computer
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
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19. Mai 2017

Wie entstehen Sonnenflecken, also jene dunklen Bereiche mit starken Magnetfeldern auf der Sonnenoberfläche, deren Häufigkeit auch etwas über die Aktivität der Sonne verrät? Ein Forschungsprojekt hat nun Rechenzeit auf einem Supercomputer bekommen, um die Entstehung dieses Phänomens genauer untersuchen zu können. Die Wissenschaftler erhoffen sich neue Einsichten in die Prozesse auf der Sonne.

Sonnenfleck-Simulation

Magnetische Flecke in der Nähe der Sonnenoberfläche berechnet mithilfe einer Computersimulation. Bild: Petri Käpylä  [Gesamtansicht]

Das SPOTSIM-Projekt, das die Entstehung von Sonnenflecken untersucht, hat sich bei der Initiative PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) erfolgreich um Rechenzeit auf dem Supercomputer Mare Nostrum in Spanien beworben. Die vergebenen Ressourcen belaufen sich auf 20 Millionen CPU-Stunden; das entspricht einer Rechenzeit von etwa 500 Jahren auf einem normalen Laptop.

Die Forschergruppe, zu der Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Aalto-Universität in Finnland gehören, erhofft sich Erkenntnisse darüber, welche Rolle turbulente Plasmaflüsse im Inneren der Sonne bei der Entstehung von Sonnenflecken spielen.

Sonnenflecke sind dunkle Bereiche starker Magnetfeldstärke auf der sichtbaren Oberfläche der Sonne, der Photosphäre. Einem etwa elfjährigen Zyklus folgend, überziehen diese Gebiete unseren Stern mal mehr, mal weniger zahlreich. In Phasen, in denen viele Sonnenflecke zu sehen sind, ist die Sonne besonders aktiv.

Ein tieferes Wissen davon, wo und wie Sonnenflecken entstehen, könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, welche Prozesse die Sonnenaktivität antreiben. Derzeit gibt es zwei konkurrierende Modelle, die beschreiben, wie Sonnenflecke entstehen. Der einen Theorie zufolge bilden schmale, röhrenartige Strukturen am unteren Rand der Konvektionszone in einer Tiefe von 200.000 Kilometern die Grundbausteine der solaren Magnetfelder. Dort, wo die Röhren die Oberfläche der Sonne eruptiv durchbrechen, bilden sich Sonnenflecken.

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"Dieses Modell berücksichtigt keine Turbulenzen", erklärt Maarit Käpylä vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und der Aalto Universität in Finnland. Im Modell, das Gegenstand des SPOTSIM-Projektes ist, nehmen die Forscher an, dass Sonnenflecke in der Nähe der Oberfläche unseres Sterns in der Konvektionszone entstehen. "In der Meteorologie geht man davon aus, dass Bereiche in der Erdatmosphäre mit niedrigem Druck durch Luftströmungen aus der Umgebung gefüllt werden. Wir glauben, dass es in der Konvektionszone der Sonne ähnliche Gebiete turbulenten und magnetischen Drucks gibt, die aufgrund des großflächigen Magnetfeldes verändert werden", fügt Petri Käpylä vom Leibniz-Institut für Astrophysik in Deutschland und der Aalto-Universität hinzu.

Als Folge kann das Plasma kollabieren, so dass die Stärke der Magnetfelder stellenweise zunimmt – und die Bildung von Sonnenflecken beginnen kann. Die Simulationen, die zum Modellieren dieser Prozesse notwendig sind, sind außergewöhnlich groß: Ein Datenwürfel in einer Simulation umfasst etwa 700 Gigabyte; eine Simulation erzeugt jeweils zehn Datenwürfel. Die SPOTSIM-Partner hoffen nun, mit Hilfe des Mare Nostrum Supercomputers neue Einsichten zu gewinnen.

Das neue Modell würde die Dynamo-Theorie der Sonne als Ganzes beeinflussen sowie das Verständnis, das wir von der Entstehung und Entwicklung des Sonnenmagnetfeldes haben. Wenn sie erfolgreich sind, könnten die Berechnungen ein Schritt in Richtung eines Gesamtbildes der Sonne sein, das Weltraumwetter und den Einfluss auf das Erdklima einschließt.

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siehe auch
Sonne: Sonnenflecken geben Rätsel auf - 14. Juli 2016
Sonne: Sonnenflecken werden vorhersagbar - 19. August 2011
Sonne: Das Geheimnis der Sonnenflecken - 2. September 2008
Links im WWW
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
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