Winzige Düsen treiben den Wind der Sonne an

Diese Flares können geladene Teilchen durch Löcher in der Sonnenatmosphäre in den Weltraum befördern.

Von Rahul Rao | Veröffentlicht am 24. August 2023, 14:00 Uhr EDT

Einerseits sorgt die Sonne für lebensspendende Wärme und Licht. Andererseits speit es einen unaufhörlichen Strom potenziell schädlicher geladener Teilchen aus. Diese Teilchen bilden den Sonnenwind, und er ist nicht weniger beeindruckend als die anderen Produkte unseres Sterns. Ohne das Erdmagnetfeld, das die Oberfläche unseres Planeten abschirmt, wären wir ständig einem Bombardement ionisierender Strahlung ausgesetzt.

Aber Astronomen waren nie ganz sicher, woher diese Teilchen kommen oder wie sie in den interplanetaren Raum gelangen. Jetzt haben sie einen vielversprechenden Hinweis gefunden. Mit der Raumsonde Solar Orbiter der ESA haben Forscher Miniaturjets gefunden, die Partikel durch Löcher in der Sonnenkorona nach oben und vom Stern weg zu leiten scheinen. Diese Jets könnten sich verbinden, um den Sonnenwind zu erzeugen, schlägt eine Gruppe von Astronomen in einem am Donnerstag in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Artikel vor.

Die Korona, die äußerste Schicht eines Sterns, ist eine Hülle aus wellenförmigem Plasma. Es ist fast immer im sichtbaren Licht verborgen, obwohl es tausende Male heißer ist als die Schichten darunter. Möglicherweise sehen wir diese äußere Schicht nur während einer Sonnenfinsternis, wenn der Mond den Rest der Sonne verdunkelt.

Aber die Korona besteht nicht aus einer gleichmäßigen Schicht. Die Abbildung der Sonne im ultravioletten Licht zeigt sich verändernde dunkle Farbfelder: Regionen, in denen das Plasma der Korona kühler und weniger dicht ist. Astronomen nennen diese Bereiche koronale Löcher.

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Koronale Löcher scheinen auch das starke, sich endlos verändernde Magnetfeld der Sonne neu zu formen. In diesen Teilen scheinen Linien, die das Magnetfeld der Sonne leiten, nach außen zu blasen. „Normalerweise kehren Magnetfelder zur Sonnenoberfläche zurück, aber in diesen offenen Feldregionen erstrecken sich die Kraftlinien bis in den interplanetaren Raum“, sagt Lakshmi Pradeep Chitta, Astronomin am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen einer der Autoren des Papiers.

Auch in koronalen Löchern können sich die magnetischen Feldlinien der Sonne verknoten. Wenn das passiert, richtet sich das Magnetfeld neu aus und verbindet sich wieder, wodurch heftige elektrische Überspannungen entstehen. Diese energiereichen Ausbrüche saugen Materie aus tieferen Schichten der Sonne ab und schleudern sie in Jets weg, die sich über mehr als 1.000 Kilometer erstrecken können. Astronomen hatten schon lange vermutet, dass diese Jets den Sonnenwind antreiben, wussten aber nicht, ob diese Jets genügend Teilchen liefern könnten, um den von uns beobachteten Sonnenwind zu füllen.

Seit den 1990er Jahren können Raumsonden zur Sonnenbeobachtung wie Yohkoh und SOHO Jets beobachten. Aber Astronomen sagen, dass keiner über die Beobachtungsfähigkeiten des im Jahr 2020 gestarteten Solar Orbiter verfügt. Bei seiner größten Annäherung nähert sich Solar Orbiter der Sonne näher als Merkur.

„Solar Orbiter hat den Vorteil, dass es sich nahe an der Sonne befindet und daher kleinere und schwächere Jets erkennen kann“, sagt Yi-Ming Wang, ein Astronom am US Naval Research Laboratory, der nicht Autor des Artikels war.

Im März 2022 richteten Chitta und seine Kollegen eine der Ultraviolettkameras von Solar Orbiter auf ein koronales Loch in der Nähe des Südpols der Sonne. Als sie das taten, erhaschten sie einen flüchtigen Blick auf eine Art Miniaturjet, den noch nie zuvor ein Mensch gesehen hatte. Jeder dieser winzigen Jets trug etwa ein Billionstel der Energie einer Vollversion. Die Autoren nannten diese „Picoflare-Jets“ und griffen dabei auf Präfixe des SI-Systems zurück.

Diese bezaubernd klingenden Wellen bleiben nicht bestehen. Jeder flüchtige Picoflare-Jet dauert etwa eine Minute. Aber dies ist immer noch die Sonne – ein Ort von immenser Kraft. Ein einzelner Solar-Picojet könnte genug Energie erzeugen, um eine kleine Stadt ein Jahr lang mit Strom zu versorgen.

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Die Autoren untersuchten nur einen kleinen Teil der Sonne, sahen aber in jeder Ecke, in die sie schauten, Picoflare-Jets. Es ist wahrscheinlich, dass sie einen Großteil der Sonnenoberfläche bedecken. Myriaden von Miniaturjets könnten sich dann zu einem groß angelegten Prozess verbinden, der geladene Teilchen vom Stern weg und zu den Planeten transportiert.

„Wir vermuten, dass diese winzigen Picoflare-Jets tatsächlich eine wichtige Masse- und Energiequelle zur Aufrechterhaltung des Sonnenwinds sein könnten“, sagt Chitta.

In der Vergangenheit stellten sich viele Astronomen den Sonnenwind als einen stetigen Strom vor, der mit konstanter Geschwindigkeit von der Sonne wegströmt. Wenn jedoch wogende Picoflare-Jets den Sonnenwind antreiben, dann könnte das Phänomen tatsächlich unregelmäßig, ungleichmäßig und ständig im Fluss sein. Picoflare-Jets sind vielleicht nicht die einzige Quelle des Sonnenwinds, aber wenn Chitta und Kollegen Recht haben, tragen sie zumindest erheblich dazu bei.

Glücklicherweise werden Wissenschaftler in ein paar Jahren über zahlreiche zusätzliche Werkzeuge verfügen, um in die Sonne zu blicken. Neben dem Solar Orbiter – und zukünftigen Raumsonden zur Sonnenbeobachtung wie dem von Japan geführten SOLAR-C – werden sie über leistungsfähigere Sonnenmagnetogramme verfügen, Instrumente, die es ihnen ermöglichen, das Magnetfeld der Sonne von Orten wie Südkalifornien und Maui aus direkt zu messen. in der Lage, die magnetischen Fluktuationen, die die Jets der Sonne antreiben, von hier auf der Erde aus zu verfolgen.

Rahul Rao ist seit Anfang 2021 ein ehemaliger Praktikant und beitragender Wissenschaftsjournalist für Popular Science. Er befasst sich mit Physik, Weltraum, Technologie und deren Schnittstellen untereinander und allem anderen. Kontaktieren Sie den Autor hier.