Rätsel der Sonnen-Spritzer gelöst

Magnetohydrodynamische Prozesse produzieren Spikulen – und erhitzen die Korona

Petaluma (USA) - Tausende von Plasmastrahlen schießen Tag für Tag mit Geschwindigkeiten von bis zu 150 Kilometern pro Sekunde aus der Oberfläche der Sonne heraus. Einem Forscherteam aus den USA und Norwegen gelang es jetzt erstmals, die Entstehung dieser „Spikulen“ genannten Erscheinungen mithilfe von Computermodellen nachzuvollziehen. Die gebündelten Plasmaströme entstehen durch eine komplexe Wechselwirkung der lokalen Magnetfelder mit der ionisierten Materie nahe der Sonnenoberfläche, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Die Entstehung der Spikulen war bislang ein Rätsel“, schreiben Juan Martínez-Sykora vom Bay Area Environmental Research Institute in Kalifornien und seine Kollegen. Das Phänomen sei jedoch für die Sonnenforschung von großer Bedeutung: „Vermutlich spielen Spikulen nicht nur eine wichtige Rolle bei der Aufheizung der Sonnenkorona auf mehrere Millionen Grad, sondern auch bei der Entstehung des Sonnenwinds.“ Entdeckt wurden die Spikulen erstmals bei einer totalen Sonnenfinsternis im Jahr 1877. Lange Zeit sahen die Sonnenforscher in den aufschießenden, heißen Plasmastrahlen eine Art Spritzer oder Gischt der darunter wogenden Sonnenoberfläche.

Spektroskopische Untersuchungen zeigten jedoch, dass die Temperatur des Plasmas in den Spikulen ebenfalls mehrere Millionen Grad beträgt, während die Temperatur an der Sonnenoberfläche lediglich bei etwa 5500 Grad Celsius liegt. Damit mussten komplexer Prozesse unter Beteiligung der solaren Magnetfelder für die Entstehung der Spikulen verantwortlich sein – die Details blieben jedoch bislang unklar.

Martinez-Sykora und seinen Kollegen gelang es jetzt, mehrdimensionale magnetohydrodynamische Computermodelle der Photosphäre, also der obersten Schicht der Sonne, zu erstellen, in denen spontan Spikulen entstehen, deren physikalische Eigenschaften mit denen der beobachteten solaren Plasmajets übereinstimmen. Ein tiefer Blick in die Simulationen zeigt, dass die Spikulen über einen komplexen, mehrstufigen Prozess entstehen: Zunächst stört aufsteigendes heißes Plasma die lokale Struktur des Magnetfelds. Regionen mit höherer magnetischer Spannung steigen dann aus der Photosphäre in die darüber liegende Chromsphäre auf. Dort entlädt sich abrupt die magnetische Spannung und lässt den Plasmastrahl gebündelt und stark aufgeheizt nach oben schießen.

Die Simulationen zeigen außerdem, wie sich das Plasma der Spikulen ausbreitet und so zur Aufheizung der Sonnenkorona beiträgt. Außerdem erzeugen die Spikulen so genannte Alfvénwellen, Schwingungen, die sich im ionisierten Gas der Korona ausbreiten, ebenfalls zu deren Aufheizung beitragen und zudem den Sonnenwind antreiben. Hier sehen die Forscher allerdings noch Verbesserungsbedarf für ihr Modell: Es könne bislang die Abgabe der Energie von den Wellen an das Gas nicht genau berücksichtigen. Dazu sei eine noch höhere räumliche Auflösung bei den Simulationen nötig.

Bildquelle: C. Schaffer / AAAS

Autor: Rainer KayserE-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!