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Sonnenflecken sind die auffälligste Erscheinung des solaren Magnetfelds. Nach der Erfindung des Fernrohrs im frühen 17. Jahrhundert wurden Sonnenflecken erstmals von dem italienischen Astronomen Galileo Galilei routinemäßig beobachtet. Im 20. Jahrhundert erkannten die Wissenschaftler mit Hilfe der modernen Techniken der Spektroskopie und später der Polarimetrie, dass diese Flecken die Orte starker Magnetfelder sind.
Das Magnetfeld im Inneren der Sonnenflecken ist so stark wie das in einem typischen MRT-Gerät (Magnetresonanztomographie) in unseren örtlichen Krankenhäusern, aber über eine Fläche verteilt, die größer ist als die der gesamten Erde. Die Anzahl der Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche erreicht alle 11 Jahre ein Maximum, wenn der solare Aktivitätszyklus seinen Höhepunkt erzielt.
Instabile magnetische Konfigurationen in der Umgebung der Sonnenflecken können Explosionen verursachen, die als koronale Massenauswürfe und Sonneneruptionen bekannt sind, insbesondere während des Sonnenfleckenmaximums. Diese Explosionen können sich gravierend auf die Satellitenkommunikation auswirken. Die stärksten Explosionen können zu Stromausfällen führen.
Stabile Sonnenflecken können auf der Sonnenoberfläche für Zeiträume von einigen Tagen bis zu mehreren Monaten existieren und sind der Schlüssel zum Verständnis des Sonnenaktivitätszyklus. Obwohl in den frühen 1970er Jahren vermutet wurde, dass der Grund für die lange Lebensdauer der Sonnenflecken darin liegt, dass ein Gleichgewicht zwischen Gasdruck und dem Magnetfeld erreicht wird, konnte dieses Gleichgewicht bisher aufgrund von Störungen im Magnetfeld nur sehr schwer erklärt werden. Bis jetzt.
Die Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics hat kürzlich eine Studie über die Entwicklung einer neuen Methode zur Untersuchung der Stabilität von Sonnenflecken veröffentlicht. Im Rahmen dieser Studie hat ein internationales Team - unter der Leitung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland in Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Fachkräften aus Schweden, den USA und Spanien - diese neue Methode auf Beobachtungen mit dem deutschen Sonnenteleskop GREGOR angewendet. Hierbei gelang es Physikern und Physikerinnen des Instituts für Sonnenphysik (KIS) in Freiburg, eine ursprünglich am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen entwickelte Technik so zu erweitern und zu verbessern, dass sich der Einfluss der Erdatmosphäre aus den Beobachtungen herausrechnen lässt. Die mit der neuen Methode am deutschen Sonnenteleskop GREGOR durchgeführten Magnetfeldmessungen erreichen eine bisher nur mit Satelliten erreichte Qualität, allerdings zu wesentlich geringeren Kosten. Ein Vergleich zwischen den Messungen vor und nach der Korrektur ist in Abbildung 1 dargestellt.
Mit Hilfe eines leistungsstarken numerischen Programms, dessen Entwicklung von Dr. Juan Manuel Borrero vom Institut für Sonnenphysik (KIS) in Freiburg geleitet und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde, konnte das von der Sonne ausgestrahlte polarisierte Licht analysiert werden. Diese Analyse zeigte, dass die magnetischen Kräfte im Inneren von Sonnenflecken durch Druckkräfte so kompensiert werden, dass das Gleichgewicht genau gehalten wird (Abbildung 2). Diese Entdeckung erklärt, warum Sonnenflecken so lange auf der Sonnenoberfläche überleben können. In der Zukunft könnte sie dafür genutzt werden zu erkennen, wann ein Sonnenfleck instabil wird und es damit wahrscheinlicher wird, dass er die oben erwähnten Explosionen auslöst, die möglicherweise das moderne Leben auf der Erde bedrohen.
Abbildung 1: Gemessenes Magnetfeld (in Gauß) in demselben Sonnenfleck, der mit dem deutschen GREGOR-Teleskop beobachtet wurde. Die linke Seite des Bildes zeigt das gemessene Magnetfeld unter Verwendung der Originaldaten, während die rechte Seite das Magnetfeld zeigt, das nach der Korrektur der durch die Erdatmosphäre verursachten Störungen gemessen wurde.
Abbildung 2: Magnetische Kraft (vertikale Achse) gegenüber der Druckkraft (horizontale Achse) in einem Sonnenfleck, der mit dem deutschen 1,5-Meter-Sonnenteleskop GREGOR (blaue Kreise) beobachtet wurde. Daneben derselbe Sonnenfleck, beobachtet mit dem japanischen 0,5-Meter-Satelliten Hinode (rote Quadrate) . Die schräge gestrichelte Linie stellt die Gleichgewichtslinie dar, bei der Druckkraft gleich magnetische Kraft ist. Alle Datenpunkte befinden sich entlang dieser Gleichgewichtslinie, was darauf hindeutet, dass sich der Sonnenfleck im Gleichgewicht befindet und somit stabil ist.
Dr. Juan Manuel Borrero
borrero@leibniz-kis.de
https://www.leibniz-kis.de/de/news/artikel/die-stabilitaet-von-sonnenflecken-wis...
Abb. 1
Abb. 2
Criteria of this press release:
all interested persons
Energy, Environment / ecology, Geosciences, Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Abb. 1
Abb. 2
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