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Dienstag, 24.05.2016
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Plasmawellen heizen Sonnenkorona

Erste detaillierte Beobachtung von überraschend energiereichen Alfvén-Wellen gelungen

Obwohl die Oberfläche der Sonne „nur“ rund 6.000 Grad Celsius erreicht, ist ihre Atmosphäre auf Millionen Grad aufgeheizt. Woher die Energie für die gewaltige Hitze stammt, könnte ein internationales Astronomenteam jetzt entdeckt haben. Mithilfe des „Solar Dynamics Observatory“ (SDO) der US-Raumfahrtbehörde NASA gelang es ihnen erstmals, magnetische Plasmaschwingungen in der Sonnenatmosphäre direkt zu beobachten. Diese so genannten Alfvén-Wellen breiten sich mit 200 bis 250 Kilometern pro Sekunde aus - auf der Erde bräuchten sie nur gut 30 Sekunden, um die Strecke von Köln nach New York zurück zu legen. Sie galten bisher als zu flach und energiearm, um die gewaltige Aufheizung der Sonnenatmosphäre zu erklären. Die neuen Beobachtungen enthüllen jedoch, dass diese Wellen ausreichend Energie erzeugen, um als Heizung der Korona in Frage zu kommen.
Plasmawellen und Plasmajets

Plasmawellen und Plasmajets

„Der SDO hat eine so erstaunliche Auflösung, dass wir sogar einzelne Wellen erkennen konnten. Jetzt wissen wir, dass sie auf jedem Quadratmeter Sonnenoberfläche das Äquivalent einer 100 bis 200 Watt Glühbirne erzeugen. Das ist genug, um die Sonnenatmosphäre aufzuheizen und den Sonnenwind anzutreiben“, sagt Scott McIntosh vom National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado. Die von den Plasmaschwingungen erzeugte Energiemenge reiche allerdings nicht, um auch die starken Strahlenausbrüche in den aktiven Regionen der Sonnenkorona zu erklären. Hier seien möglicherweise noch andere Mechanismen beteiligt, sagen die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Plasma schwingt wie eine Gitarrensaite


Im Jahr 2007 beobachteten Astronomen zum ersten Mal, dass die Magnetfeldlinien der Sonne auf eine Weise schwingen, die bereits 1942 vom schwedischen Wissenschaftler Hannes Alfvén vorhergesagt worden war. Ähnlich wie eine angeschlagene Gitarrensaite bewegen sich die magnetischen Plasmastränge schnell hin und her. Diese Seitwärtsschwingung setzt sich entlang der Feldlinie fort.

Nach damaliger Beobachtung schienen diese Wellen jedoch als Heizung der Korona auszuscheiden. Einige Forschergruppen halten daher eher die kleinräumigen Auf- und Abströmungen des Plasmas für die entscheidende Energiequelle. Die aktuelle Entdeckung bringt nun auch die Alfvén-Wellen wieder ins Rennen.


Sonnenaufnahmen im Sekundentakt


Für ihre Studie analysierten die Forscher die Bewegungen des solaren Plasmas mithilfe des Atmospheric Imaging Assembly (AIA) an Bord des Sonnenobservatoriums SDO. Dieses Instrument erstellte alle acht Sekunden ein Bild der gesamten sichtbaren Sonnenscheibe in verschiedenen Wellenlängen des ultravioletten und extrem-ultravioletten Lichts. Es erreichte dabei eine räumliche Auflösung von rund 870 Kilometern.

Die Wissenschaftler verglichen die zeitlich versetzten Aufnahmen miteinander und rekonstruierten die Bewegungen von Plasmasträngen knapp über der Sonnenoberfläche und in der Korona. Es zeigte sich, dass die magnetischen Plasmaschwingungen denen von Alfvén-Wellen entsprachen. Gleichzeitig aber waren diese Wellen deutlich energiereichreicher als zuvor angenommen.

Nach Ansicht der Forscher bestätigt dies, dass diese magnetischen Plasmawellen durchaus zur Heizung der Korona beitragen könnten. Noch allerdings seien einige Fragen offen: „Zu wissen, dass es genügend Energie in den Wellen gibt, ist nur eine Hälfte des Problems. Die nächste Frage ist nun herauszufinden, welcher Teil dieser Energie in Hitze umgewandelt wird. Es könnte alles sein oder nur 20 Prozent - diese Details der Konversion müssen wir nun herausfinden“, sagt Vladimir Airapetian vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt. (Nature, 2011; DOI: 10.1038/nature10235)
(Nature / NASA / dapd, 29.07.2011 - NPO)