Aufregende Entdeckung: Astronomen haben eine nie zuvor gesehene Struktur in der Korona unserer Sonne entdeckt: ein dynamisches Netzwerk aus ineinander verschlungenen Plasmafilamenten. Diese nur im UV-Licht sichtbare Struktur liegt in der mittleren Schicht der Sonnenatmosphäre und liefert entscheidende Hinweise auf die Entstehung des langsamen Sonnenwinds, berichten die Forscher in „Nature Astronomy“. Demnach setzt die Wechselwirkung dieses Plasmanetzwerks magnetische Energie frei, die Teilchen im Sonnenwind beschleunigt.
Der Sonnenwind formt das gesamte Sonnensystem: Er kann ganze Atmosphären in den Weltraum sprengen, Planetenoberflächen chemisch verändern und ihre Magnetfelder verzerren. Gleichzeitig bildet der konstante Wind geladener Teilchen zusammen mit dem solaren Magnetfeld die schützende Heliosphäre um unser Sonnensystem. Doch so wichtig der Sonnenwind für unsere kosmische Heimat auch ist, sein Ursprung ist unklar.
Der schnelle, besonders energiereiche Teil des Sonnenwindes scheint nach neueren Messungen und Modellen aus besonders heißen magnetisierten Bereichen der Chromosphäre, der unteren Sonnenatmosphäre, zu stammen. In diesen Bereichen erscheint die Sonnenkorona im UV-Licht dunkler. Woher jedoch der langsamste und stetigste Teil des Sonnenwindes kommt, war bisher unklar.
Schauen Sie sich zuerst die mittlere Krone an
Nun liefert eine Entdeckung in der Sonnenkorona erste Hinweise auf die Entstehung des langsamen Sonnenwinds. Dies war möglich, weil Forscher um Pradeep Chitta vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen erstmals die gesamte mittlere Korona im UV-Licht sichtbar machen und untersuchen konnten. Diese Schicht, die etwa 350.000 Kilometer über der Sonnenoberfläche beginnt, war bisher ein blinder Fleck, weil Raumsonden und Sonnenobservatorien nur auf untere oder obere Schichten blicken können.
Nur drei neue Wettersatelliten des US-amerikanischen GOES-Systems haben nun erstmals einen genaueren Blick auf die Korona in der Mitte der Sonne geworfen. Denn sie haben auch UV-Kameras an Bord, die auf die Sonne gerichtet sind, um das Weltraumwetter vorherzusagen. Die von diesen Instrumenten gesammelten Daten haben Chitta und sein Team nun in einer speziellen Messkampagne ausgewertet.
Koronales Netz in Mosaikbildern des GOES SUVI-Instruments und des SOHO-Sonnenobservatoriums. © Naturastronomie/Chitta et al.; GEHT/SUVI; SOHO/LASCO
Verflochtenes Netzwerk von Plasmafäden
Die Bilder zeigten zum ersten Mal eine komplexe und dynamische Struktur in dieser mittleren Schicht der Sonnenkorona. Ineinander verschlungene, fadenförmige Plasmastrukturen wurden in der Korona über Bereichen sichtbar, wo dunkle koronale Löcher an Bereiche mit hoher magnetischer Aktivität grenzen. „Wir haben in diesem koronalen Netzwerk ständige Wechselwirkungen und anhaltende Umformungen sowie die Bildung von stark strukturierten und variablen Strömen aus sich langsam bewegendem Sonnenwind an der Spitze beobachtet“, berichtet das Team.
Diese Beobachtungen, kombiniert mit Daten von SOHO und Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA, zeigten auch, dass die Plasmafilamente in diesem koronalen Netzwerk Magnetfeldlinien zu folgen scheinen und dass diese sich kontinuierlich kreuzen und zwischen ihnen interagieren. „Zunächst offen erscheinende magnetische Strukturen nähern sich einander an und bilden dann geschlossene Schleifen“, berichten Chitta und Kollegen. Diese magnetischen Wiederverbindungen setzen Energie frei, wie Modelle zuvor gezeigt haben.
Den langsamen Solarwindmotor gefunden?
Damit haben Astronomen möglicherweise einen wichtigen Treiber des langsamen Sonnenwinds entdeckt. Weil ihre Beobachtungen darauf hindeuten, dass das neu entdeckte koronale Netzwerk dazu beiträgt, geladene Teilchen aus dem Sonnenwind zu beschleunigen. „Wir gehen davon aus, dass sich die Magnetfeldarchitektur auf den sich langsam bewegenden Sonnenwind überträgt und eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung von Sonnenwindpartikeln in den Weltraum spielt“, sagt Chitta.
Die Entdeckung des koronalen Netzwerks und der magnetischen Wiederverbindungen in der mittleren Sonnenkorona passt zu den Daten der Sonden Parker Solar Probe und Solar Orbiter, die erst kürzlich zum ersten Mal magnetische Veränderungen im Sonnenwind beobachteten. Diese vorübergehenden Änderungen der koronalen Magnetfeldlinien könnten auch aus der dynamischen Umstrukturierung des koronalen Netzwerks resultieren.
„Unsere Ergebnisse unterstützen auf Wiederverbindung basierende langsame Sonnenwindmodelle“, schreiben Chitta und sein Team. Detaillierte Informationen über die Prozesse der mittleren Sonnenkorona erhoffen sich die Forscher von zusätzlichen Daten aktuell aktiver Sonnensonden, aber auch von zukünftigen Missionen. Denn einige der geplanten Sonden sollen Instrumente an Bord haben, die speziell auf die Midcorona abzielen. (Naturastronomie, 2022; doi: 10.1038/s41550-022-01834-5)
Quelle: Naturastronomie, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
28. November 2022
– Nadja Podbregar