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Explosionen auf kühler Sonnenoberfläche
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
astronews.com
20. Oktober 2014
Auf der Sonne geht es turbulenter zu, als man bislang
angenommen hatte: An manchen Stellen der Photosphäre staut sich offenbar
magnetische Energie auf und entlädt sich innerhalb weniger Minuten in
Temperaturausbrüchen von bis zu 100.000 Grad. Diese kurzlebigen Hitzenester
entdeckten Forscher jetzt mithilfe des Interface Region Imaging Spectrograph
(IRIS) der NASA.
Heiße Explosionen in einer aktiven Region auf
der Sonne. In diesem Bild der Photosphäre, das
mit Hilfe des Weltraumteleskops IRIS Ende
September 2013 aufgenommen wurde, machen sich die
Explosionen als helle Flecken bemerkbar.
Bild: NASA / IRIS / Peter [Großansicht] |
Die Sonne ist temperamentvoller als bisher gedacht. Neben den
Sonneneruptionen, gewaltigen Teilchen- und Strahlungsausbrüchen in der äußeren
Atmosphäre unseres Sterns, kommt es auch in der darunterliegenden, kühleren
Schicht zu regelrechten Explosionen: An manchen Stellen staut sich magnetische
Energie auf und entlädt sich innerhalb weniger Minuten in Temperaturausbrüchen
von bis zu 100.000 Grad. Belege für diese kurzlebigen Hitzenester fanden Forscher
unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in
Göttingen nun erstmals in Daten des amerikanischen Weltraumteleskops IRIS
(Interface Region Imaging Spectrograph). Die Ergebnisse werden im Fachmagazin
Science veröffentlicht, das in seiner nächsten Ausgabe der IRIS-Mission
insgesamt fünf Artikel widmet.
Heiß ist nicht gleich heiß - zumindest wenn es um die Sonne geht. Zwar
herrschen in allen Schichten des zwiebelartig aufgebauten Sterns geradezu
unvorstellbare Temperaturen, doch an manchen Stellen sind diese deutlich höher
als an anderen. Mit etwa 5.000 Grad Celsius ist etwa die sichtbare Oberfläche
der Sonne, die so genannte Photosphäre, vergleichsweise kühl. Weiter nach außen
hin nehmen die Temperaturen leicht ab, um dann in der Atmosphäre der Sonne erst
mäßig und dann rasant auf Werte von einer Million Grad anzusteigen.
"Unsere Auswertungen zeigen nun, dass dieser Temperaturverlauf nicht überall
gleich und zudem ständig in Bewegung ist", erklärt Prof. Dr. Hardi Peter vom
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. "In kleinen, begrenzten Regionen
sind offenbar für kurze Zeit auch in der kühlen äußeren Photosphäre dramatisch
höhere Temperaturen möglich."
Zusammen mit einem internationalen Forscherteam hat Peter Daten des
Weltraumteleskops Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) von sogenannten
aktiven Regionen auf der Sonne ausgewertet. Diese Regionen in der Photosphäre
zeichnen sich durch hohe magnetische Feldstärken aus und sind die
Entstehungsorte der dunklen Sonnenflecken, welche die Oberfläche der Sonne mal
mehr, mal weniger zahlreich überziehen.
"In diesen Gebieten fanden wir Hitzetaschen etwa halb so groß wie
Deutschland, die bis zu 20-mal so heiß sind wie ihre unmittelbare Umgebung",
beschreibt der Astrophysiker. Nur für wenige Minuten blitzen diese Gebiete auf
und kehren danach wieder zur Normaltemperatur zurück. Die Energiemenge, die
dabei freigesetzt wird, würde ausreichen, um Deutschland für 8.000 Jahre mit
Strom zu versorgen.
Die gewaltigen Photosphären-Explosionen sind zwar im sichtbaren Licht nicht
erkennbar, hinterlassen ihre Spuren jedoch in der ultravioletten Strahlung,
welche die Sonne ins All sendet. Genauer als jedes andere Sonnenobservatorium
zuvor zerlegt IRIS die ultraviolette Strahlung in ihre einzelnen Wellenlängen.
Dazu kommt eine bisher unerreichte räumliche Auflösung: Das Weltraumteleskop,
das im Juli vergangenen Jahres zum ersten Mal seinen Blick auf die Sonne
richtete, macht Strukturen mit einer Größe von nur 250 Kilometern sichtbar und
kann die Strahlung, die solche kleinen Gebiete emittieren, getrennt untersuchen.
"Zu unserer großen Überraschung fanden wir in den aktiven Gebieten begrenzte
Regionen, deren Strahlung für kurze Zeit in entscheidenden Einzelheiten
gravierend von der ihrer Umgebung abweicht", erläutert Peter. So entdeckten die
Forscher dort charakteristische Wellenlängen, die bestimmte hoch ionisierte
Atome im Sonnenplasma wie etwa dreifach ionisiertes Silizium ins All senden.
"Allein die Existenz dieser Wellenlängen im Spektrum deutet auf extrem hohe
Temperaturen hin", so Peter. Nur unter diesen Bedingungen kann Silizium gleich
drei seiner Elektronen verlieren.
Doch in welcher Schicht der Sonne war es zu diesen Temperaturen gekommen?
Tatsächlich in der kühlen Photosphäre? Oder - deutlich unspektakulärer - weiter
außen in der ohnehin heißeren Atmosphäre der Sonne? Die spektralen Daten von
IRIS erwiesen sich als so detailreich, dass die Wissenschaftler ihnen weitere
entscheidende Hinweise entnehmen konnten.
So konnten sie etwa auf die Dichte des Sonnenplasmas am Entstehungsort der
Strahlung schließen sowie nachweisen, dass die Strahlung auf ihrem Weg durch die
weiter außen liegenden Sonnenschichten einfach ionisierten Eisen-Ionen begegnet
war. Diese treten jedoch nur in kühleren Regionen auf. "Insgesamt ergab sich ein
stimmiges Bild: Die auffällige Strahlung muss ihren Ursprung in der kühlen
äußeren Photosphäre haben", so Peter.
Die Forscher gehen davon aus, dass die starken Magnetfelder in der
Photosphäre die notwendige Energie für die Hitzeausbrüche bereitstellen. Im
Bereich der Sonnenflecken treten die magnetischen Feldlinien bogenförmig aus der
Oberfläche der Sonne hervor; heißes Plasma durchströmt die Bögen. Tritt
innerhalb dieser Ströme eine Art Kurzschluss auf, kommt es zu den Explosionen.
"Die neuen Ergebnisse haben unser Bild vom äußeren Aufbau der Sonne grundlegend
verändert", so Peter. "Statt einer stabilen Temperaturschichtung gibt es
offenbar auch in der kühlen Photosphäre dynamische Prozesse, die für kurze Zeit
alles auf den Kopf stellen."
Bereits 1917 hatte der amerikanische Physiker Ferdinand Ellermann in der
Photosphäre Gebiete mit erhöhten Temperaturen entdeckt. Diese unterschieden sich
jedoch nur um wenige tausend Grad von ihrer Umgebung und stellen somit eine eher
kleinere Temperaturschwankung dar. Ob es sich bei den neu entdeckten Explosionen
um dasselbe Phänomen handelt, ist derzeit noch unklar.
Auch eine weitere Studie, zu dem Forscher des MPS beigetragen haben, zeichnet
ein neues Bild der Vorgänge auf der Sonne. Unter der Leitung des
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in den USA entdeckten
Wissenschaftler - ebenfalls in IRIS-Daten -, dass der Sonnenwind, der
kontinuierliche Teilchenstrom von der Sonne, deren Oberfläche nicht gleichmäßig
verlässt, sondern stellenweise in hochenergetischen, lokalisierten Strömen.
Die Ergebnisse werden im Fachmagazin Science veröffentlicht, das in
seiner nächsten Ausgabe der IRIS-Mission insgesamt fünf Artikel widmet.
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