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Donnerstag, 29.09.2016
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Sonne: Feuerbögen sorgen für Überraschung

Koronale Bögen sind doch keine Anzeiger für stabile Feldlinien in der Sonnenatmosphäre

Von wegen stabil: Die glühenden Plasmabögen in der solaren Korona folgen nur teilweise den Magnetfeldlinien – und sind damit auch unbeständiger als bisher gedacht, wie Forscher herausgefunden haben. Die alte Vorstellung, dass das Plasma in diesen Bögen den stabilen Verlauf von Feldlinien nachzeichnet, stimmt offenbar nicht, wie die Forscher im Fachmagazin "Nature Physics" berichten.

Ein besonders spektakulärer Ausbruch von koronalen Plasmabögen auf der Sonne


Die Atmosphäre der Sonne gibt noch immer Rätsel auf. Denn mit Temperaturen von mehr als einer Million Grad ist sie mehr als hundert Mal heißer als die darunter liegende Photosphäre, die sichtbare Oberfläche der Sonne. "Die Photosphäre liegt viel näher am Hitze spendenden Kern der Sonne. Eine solche Temperaturverteilung erscheint deshalb auf den ersten Blick völlig unmöglich“, erklärt Hardi Peter vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen (MPS). Es ist, als nähere man sich einem glühenden Ofen und erlebe plötzlich eine deutliche Abkühlung.

Glühende Bögen


Seit Jahrzehnten suchen Forscher daher nach einer Erklärung für dieses seltsame Phänomen. Sicher scheint bisher aber nur, dass die Magnetfelder der Sonne eine entscheidende Rolle spielen. Als Indikatoren für zeitweise stabile magnetischer Strukturen galten bisher die koronalen Bögen, die sich hell leuchtend in Sonnenaufnahmen im ultravioletten Licht zeigen. Sie können bis zu 100.000 Kilometer in die Sonnenatmosphäre hineinragen.

Nach bisheriger Vorstellung fließt in diesen Bögen eingefangenes, heißes Plasma entlang einer bogenförmigen Magnetfeldlinie. "Die koronalen Bögen wären somit die solare Entsprechung des klassischen Schulexperiments mit Eisenspänen", so Peter. Ebenso wie sich dort die Eisenspäne entlang der Magnetfeldlinien ausrichten, zeigt das strömende Plasma die Richtung des solaren Magnetfeldes auf.


Ein koronaler Bogen in der Simulation

Ein koronaler Bogen in der Simulation

Plasma und Feldlinie sind doch getrennt


Doch neue Erkenntnisse widerlegen diese Vorstellung nun. Denn wie die Forscher feststellten, gehen Magnetfeldlinie und Bogen getrennte Wege: Der sichtbare Bogen bleibt nahezu stabil, die Feldlinie jedoch wächst und wölbt sich weiter nach außen. "Betrachtet man das komplette magnetische Feld, so findet sich zwar stets eine Feldlinie, die mit dem Bogen übereinstimmt", so Erstautor Feng Chen vom MPS. "Doch es ist nicht lange dieselbe."

„Koronale Bögen, wie wir sie aus UV-Aufnahmen der Sonne kennen, zeigen sich nur in einem begrenzten Temperaturbereich, etwa von 1,3 bis 1,7 Millionen Grad“, so Chen. Die sich erwärmende und gleichzeitig nach außen wandernde Feldlinie blitzt somit nur für 50 bis 100 Sekunden auf. Danach bietet eine andere weiter innen die richtigen Temperaturbedingungen. „Das Leuchten des koronalen Bogens tritt deshalb zwar immer an derselben Stelle auf. Verantwortlich sind aber immer neue Feldlinien und Plasmaströme“, so Chen.

Aufwändige Rechnungen


Entscheidend für diesen neuen Blick in die Atmosphäre der Sonne waren Rechnungen, in denen die Forscher den Wärmehaushalt und die elektromagnetischen Eigenschaften des dünnen Plasmas in dieser Region in allen drei Dimensionen betrachteten. „Leider lässt sich das Magnetfeld der Korona nicht direkt messen“, so Peter.

Stattdessen nutzen Forscher Beobachtungen des Magnetfeldes an der Sonnenoberfläche und setzen dieses rechnerisch in die Atmosphäre der Sonne fort. „Dabei alle Dimensionen zu berücksichtigen, ist numerisch ausgesprochen aufwändig und anspruchsvoll“, so Peter. 20 Millionen CPU-Stunden auf dem Super-Computer am Leibnitz-Rechenzentrum in München waren hierfür notwendig; ein normaler PC hätte mehr als 1.000 Jahre benötigt. Die Wissenschaftler hoffen nun, dass das tiefere Verständnis des solaren Magnetfeldes auch helfen könnte, das Rätsel der Koronaheizung zu lösen. (Nature Physics, 2015; doi: 10.1038/NPHYS3315)
(Max-Planck-Gesellschaft, 28.04.2015 - NPO)
 
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