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Freitag, 30.09.2016
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Sonne: Plasmajets als „Heizung” der Korona?

Erste direkte Beobachtung von Millionen Grad heißen „Spikulae“ lassen alte Theorie wiederauferstehen

Warum ist die Sonnenatmosphäre so viel heißer als ihre Oberfläche? Erstmals haben Astrophysiker dafür jetzt einen vielversprechenden „Verdächtigen“: In „Science“ belegen sie erstmals die Existenz Millionen Grad heißen Plasmajets, die mit großer Geschwindigkeit von der Oberfläche in die Atmosphäre schießen. Sie könnten die lange gesuchte „Heizung“ der Korona sein. Woher allerdings diese „Spikulae“ ihre Hitze nehmen, ist noch immer rätselhaft.
Extrem-UV-Bild der Sonne mit markierter Beobachtungsregion

Extrem-UV-Bild der Sonne mit markierter Beobachtungsregion

Eines der hartnäckigsten Rätsel der Sonnenphysik ist die Frage, warum die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona, Millionen Grad heißer ist als die „nur“ 6.000 Kelvin warme Sonnenoberfläche. Zwar sind in den letzten Jahrzehnten zahlreiche theoretische Modelle zu mögliche koronaren Heizmechanismen diskutiert worden, direkte Belege der postulierten Mechanismen gab es jedoch nicht. Jetzt hat eine neue Studie eines amerikanisch-norwegischen Forscherteams erstmals Beobachtungen gemacht, die eine der Theorien endgültig bestätigen könnten.

Plasmajets zu kalt für koronare Heizung?


Die Forscher konzentrierten sich in ihrer Studie auf die Beobachtung von Spikulae, schmalen Fontänen heißen Plasmas, die von einer Region nahe der Sonnenoberfläche bis in die äußere Atmosphäre hinaufschießen. Diese „Jets“ galten schon in den 1980er Jahren als mögliche Heizung der Korona, wurden in weiteren Forschungen jedoch weitestgehend vernachlässigt, da sie nach damaligen Beobachtungen nicht heiß genug zu sein schienen. „Das Aufheizen der Spikulae auf Millionen Grad ist zuvor noch niemals direkt beobachtet worden, daher war auch ihre Rolle für die koronare Heizung als unwahrscheinlich abgetan worden“, erklärt Bart De Pontieu, Hauptautor der Studie und Sonnenphysiker am Solar and Astrophysics Laboratory von Lockheed Martin (LMSAL).

Neuer Typ von superheißen Spikulae entdeckt


Im Jahr 2007 jedoch machten De Pontieu und seine Kollegen eine entscheidende Entdeckung: Sie identifizierten einen neuen, zuvor unbekannten Typ von Spikulae, der sich viel schneller bewegte und kurzlebiger war als die traditionellen Plasmajets. Diese „Typ II“-Spikulae schossen mit mehr als 100 Kilometern pro Sekunde in die Höhe, bevor sie plötzlich verschwanden. Genau dieses schnelle Verschwinden war für die Astrophysiker schon ein erster Hinweis, dass die Jets sehr heiß sein könnten.


Plasmajets an der Sonnenoberfläche. Unter ihnen auch die superheißen Spikulae

Plasmajets an der Sonnenoberfläche. Unter ihnen auch die superheißen Spikulae

Doch erst jetzt konnten neue Beobachtungen mit Instrumenten an Bord der Sonnenobservatorien „Solar Dynamics Observatory“ der NASA und „Hinode“ der Japanischen Weltraumbehörde diese Annahmen bestätigen: Sie belegen, dass die Spikulae neuen Typs tatsächlich Millionen von Grad heiß sind, während die normalen Jets nur zwischen 20.000 und 100.000 Kelvin erreichen. „Unsere Beobachtungen enthüllen zum ersten Mal, die eins-zu-eins-Verbindung zwischen dem auf Millionen Kelvin aufgeheizten Plasma und den Spikulen, die das Plasma in die Korona bringen“, erklärt McIntosh. „Die hohe räumliche und zeitliche Auflösung der neuen Instrumente war entscheidend für die Enthüllung dieser zuvor verborgenen Massenzufuhr der Korona.“

Neues Rätsel um Ursprung der Spikulae


„Es war immer ein Rätsel, warum die Atmosphäre der Sonne heißer ist als ihre Oberfläche”, ergänzt sein Kollege Scott McIntosh vom National Center for Atmospheric Research (NCAR). „Indem wir herausfanden, dass diese Jets heißes Plasma in die äußere Sonnenatmosphäre schießen, haben wir mehr Wissen über die Korona gewonnen und können auch unser Verständnis der Einflüsse der Sonne auf die obere Atmosphäre der Erde verbessern.“

Noch allerdings ist nicht klar, woher die Spikulae ihre Energie und Hitze nehmen. „Eine unserer größten Herausforderungen ist es jetzt zu verstehen, was das Material in den Jets antreibt und aufheizt“, so De Pontieu. Als nächsten Schritt wollen die Forscher daher die Übergansregion zwischen der Sonnenoberfläche und der Korona genauer untersuchen. Das im Jahr 2012 startende NASA-Observatorium „Interface Region Imaging Spectrograph“ (IRIS) soll die entscheidenden hochauflösenden Daten zu Temperatur, Magnetfeld, und Dichte der Übergangszone liefern.
(National Center for Atmospheric Research/ University Corporation for Atmospheric Research, 07.01.2011 - NPO)
 
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