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Mittwoch, 26.07.2017
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Sonne: einseitige Wirbel krümmen Plasmaeruptionen

Erster Nachweis von Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten im Randbereich koronarer Massenauswürfe

An der Flanke eines koronaren Massenauswurfs der Sonne haben Forscher erstmals Strömungswirbel entdeckt, wie sie sonst nur von der Erdatmosphäre oder dem Ozean bekannt sind. Diese so genannten Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten im ultraheißen Plasma waren nur in Wellenlängen des extremen Ultraviolett sichtbar. Überraschenderweise treten sie nur einseitig auf – dies könnte den typisch gekrümmten, oft bogenförmigen Verlauf der Massenauswürfe erklären, wie die Forscher jetzt in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“ berichten.
Koronarer Massenauswurf mit wolkenartiger Kelvin-Helmholtz-Instabilität (Pfeil)

Koronarer Massenauswurf mit wolkenartiger Kelvin-Helmholtz-Instabilität (Pfeil)

Das im Jahr 2010 ins All gestartete Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA liefert seit Beginn seiner Arbeit einzigartige Bilder der Sonne und ihrer Aktivität in nahezu allen Wellenlängenbereichen. Darunter auch Aufnahmen von gewaltigen Plasmaeruptionen, den so genannten koronaren Massenauswürfen. Bei diesen wird Millionen Grad heiße Materie von der Sonnenoberfläche ins All hinausgeschleudert. Der begleitende Strom aus energiereichen Teilchen macht sich auf der Erde als Sonnensturm bemerkbar.

Flanke des Massenauswurfs mit rätselhaften Wolken


In neuesten Beobachtungen hat das Sonnenobservatorium einen solchen koronaren Massenauswurf im Bereich des extremen Ultraviolett eingefangen. Als Wissenschaftler der Universität von Warwick in England diese Aufnahmen analysierten, entdeckten sie an der Flanke einer eruptierenden Materiewolke etwas überraschend Bekanntes: ein Instabilitätsmuster, das verblüffend dem Wolkenmuster in der Erdatmosphäre oder dem der Wellen auf der Meeresoberfläche glich.

Solche so genannte Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten sind typisch für das Verhalten im Grenzbereich zwischen zwei Gasen oder Flüssigkeiten, die in unterschiedlicher Geschwindigkeit strömen. Die Geschwindigkeitsunterschiede machen die Grenzschicht instabil und erzeugen dann Ketten aus immer größer werdenden Wirbeln.


Erster Beleg für Kelvin-Helmholtz-Wirbel in solarem Plasmaauswurf


Die Aufnahme des SDO belegt jetzt, dass solche Strukturen auch bei Materieströmen in einem Magnetfeldumfeld entstehen können, wie beispielsweise den koronaren Massenauswürfen der Sonne. Unterschiede in Geschwindigkeit und Energie im Randgebiet des durch die ‚Korona schießenden Plasmastroms erzeugen die charakteristischen Kelvin-Helmholtz-Wirbel. Bisher wurde dies zwar theoretisch vorhergesagt, konnte aber noch nie beobachtet werden, da die entsprechende Technologie dafür fehlte.

Sonnenforscherin Claire Foullon

Sonnenforscherin Claire Foullon

„Die Tatsache, dass wir nun wissen, dass diese Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten bisher nur im extremen Ultraviolett beobachtbar sind, bei einer Temperatur von elf Millionen Kelvin, werden uns dabei helfen, das Verhalten der koronaren Massenauswürfe besser modellieren zu können“, erklärt Claire Foullon von der Universität Warwick, Leiterin der Studie.

Einseitige Wirbel Ursache für Krümmung der Massenauswürfe?


Darüber hinaus ist jedoch an der neuen Beobachtung noch etwas besonders spannend: Die wolkigen Wirbel scheinen nur auf einer Seite des Massenauswurfs zu entstehen. Dies könnte erklären, warum diese Plasmaströme dazu neigen, sich zu drehen und in Bögen zu verlaufen: Die Instabilitäten erzeugen eine Reibung und bremsen damit eine Seite des Auswurfs. Dadurch krümmt sich der gesamte Auswurf zu dieser Seite hin.

„Diese neue Beobachtung könnte uns neue Einblicke in die Frage geben, warum diese koronaren Massenauswürfe rotieren und von einem geraden Weg weg von der Sonnenoberfläche abgelenkt werden“, erklärt Foullon. „Wenn die Instabilitäten nur an einer Flanke gebildet werden, erhöhen sie den Widerstand auf einer Seite des Massenauswurfs und machen diese weitaus langsamer als den Rest.“ Was genau dabei passiert, darauf wollen sich die Forscher nun als nächstes konzentrieren.
(University of Warwick, 08.02.2011 - NPO)
 
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