Wissenschaftler nehmen hochauflösendste Bilder der Sonnenoberfläche auf und zeigen Plasmawirbel

Hochauflösendste Sonnenoberflächenbilder

Wissenschaftler haben mit dem Daniel-K.-Inouye-Sonnenteleskop auf Maui, Hawaii, die hochauflösendsten Bilder der sichtbaren Sonnenoberfläche, der Photosphäre, aufgenommen. Die am Mittwoch in Nature veröffentlichte Studie wurde von Forschern des NSF National Solar Observatory (NSO), des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Deutschland und des High Altitude Observatory (HAO) in den USA durchgeführt. Die Bilder zeigen wirbelnde, vortexartige Muster heißen Plasmas, die kontinuierlich über die Sonnenoberfläche wachsen und rotieren, mit Durchmessern von etwa 19 km, der minimalen vom Teleskop erfassbaren Größe, bis zu etwa 170 km. Einige Strukturen sind kleiner als 20 km; sie zu unterscheiden ist vergleichbar mit dem Erkennen einer Ein-Euro-Münze aus 180 km Entfernung. Die Photosphäre selbst ist eine relativ dünne Schicht von etwa 100 km Tiefe, verglichen mit dem gesamten Sonnendurchmesser von etwa 1,4 Millionen km.

Kelvin-Helmholtz-Instabilität auf einem Stern

Die Forscher identifizierten die Wirbel als ersten Nachweis der Kelvin-Helmholtz-Instabilität (KHI) auf der Oberfläche eines Sterns. KHI, erstmals im 19. Jahrhundert beschrieben, tritt auf, wenn zwei parallele Ströme von Flüssigkeit oder Gas mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten strömen und Störungen erzeugen, die zu wellenartigen Wirbeln heranwachsen, bis sie zerbrechen. Das Phänomen wurde in den Ozeanen und Wolken der Erde sowie in den Atmosphären von Jupiter und Saturn beobachtet, aber nie zuvor in dieser Detailgenauigkeit auf der Sonne.

Die Grenzfläche kann instabil werden und wellenartige Wirbel entwickeln, die an Größe zunehmen, bis sie zerbrechen, ähnlich wie Wellen auf einem See oder auf dem Meer bei windigen Bedingungen.

Wöger, leitender Wissenschaftler am National Solar Observatory der NSF in Colorado und Instrumentenprogramm-Wissenschaftler des Inouye-Teleskops, ist Co-Leitautor der Studie. Die Beobachtungen dienten ursprünglich dazu, die Grenzen des Teleskops zu testen und zu verfeinern, aber die Forscher erkannten, dass sie die helle äußere Schicht der Sonne in einer noch nie erreichten Auflösung fotografiert hatten.

Energiespeicherung und Magnetfelder

Nach aktueller Theorie speichert die Sonne Energie, wenn Magnetfeldlinien sich verdrehen, ähnlich der mechanischen Energie einer gespannten Feder. Dies erzeugt eine instabile Magnetfeldarchitektur: Die gespeicherte Energie kann plötzlich durch magnetische Rekonnexion freigesetzt werden, bei der sich verdrehte Feldlinien öffnen und wieder verbinden. Der Mechanismus, der für die Verdrehung der Magnetfeldlinien verantwortlich ist, war bisher unklar. Die neu entdeckten Wirbel, die sich offenbar ständig dort bilden, wo das Magnetfeld ausreichend stark ist, könnten die treibende Kraft sein, die diese Verdrehung regelmäßig auslöst.

Meine erste Reaktion war: 'Wow, wie ist es möglich, so kleine und so feine Strukturen auf der Sonne zu sehen?' Das hatten wir noch nie zuvor beobachtet.

Auswirkungen auf das Weltraumwetter

Das Verständnis dieser Prozesse hat praktische Konsequenzen für die Erde. Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe können geomagnetische Stürme auslösen, die Satelliten, GPS-Navigation, Stromnetze und die globale Kommunikation stören können. Die wirbelnden Bewegungen erzeugen magnetische Energie, die sich ansammelt und später großflächige Sonnenexplosionen befeuern kann.

Wir wollen die Physik der Sonne bis in die kleinsten Maßstäbe verstehen, um das Weltraumwetter besser vorhersagen zu können.

Boboltz vom National Solar Observatory wies darauf hin, dass die Sonne die Quelle aller Energie und des Weltraumwetters ist, das die Erde beeinflusst. Die höher aufgelösten Bilder werden Wissenschaftlern helfen, das Weltraumwetter besser zu verstehen und schließlich genauer vorherzusagen. Die Sonnenphysikerin Ruizhu Chen von der Stanford University, die nicht an der Forschung beteiligt war, verglich die Muster mit Vincent van Goghs Gemälde 'Die Sternennacht' von 1889.