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Kompositaufnahme aus 25 Einzelaufnahmen der Sonne von April 2012 to April 2013, aus dem Aktivitätsbänder auf beiden Sonnenhälften sichtbar werden. | Copyright: NASA/SDO/Goddard
Boulder (USA) - Neben dem schon lange bekannten 11-jährigen Sonnenzyklus haben Sonnenforscher nun einen weiteren Zyklus unseres Zentralgestirns entdeckt, während dem die Sonnenaktivität innerhalb von rund 330 Tagen zu- und wieder abnimmt. Hierbei handele es sich um eine Hauptquelle heftiger Sonneneruptionen.
Wie die Forscher um Scott McIntosh vom High Altitude Observatory of the National Center for Atmospheric Research aktuell im Fachjournal "Nature Communications" berichten werden, wird der quasi-einjährige Zyklus von Veränderungen in Bändern aus starken Magnetfeldern angetrieben, die sich auf jeder Hemisphäre der Sonne finden.
"Was wir hier vorliegen haben ist ein starker Antrieb von Sonnenstürmen", so der Forscher. "Durch ein besseres Verständnis darüber, wie sich diese aktiven Magnetfeldbänder in der Sonne bilden und so die jahreszeitlichen Instabilitäten entstehen, können wir unsere Vorhersagen über das sog. Weltraumwetter zusehends verbessern".
Bislang sei der eigentlich für jedermann sichtbare 1-Jahreszyklus der Sonne von Forscher übersehen oder abgetan worden, weil immer nur nach den Gründen für den bekannten 11-Jahres-Zyklus gesucht wurde. Dennoch sei die Auswirkung dieses "neuen" Sonnenzyklus auf das Weltraumwetter derart stark, dass es dringend erforderlich sei, mehr über diesen zu erfahren.
Magnetisierte Bänder aus Sonnenmaterial wandern in Richtung des Sonnenäquators. Die Art und Weise, wie die Bänder jeder Hemisphäre miteinander interagieren führt zu einem 330-Tage währenden und bislang übersehen Aktivitätszyklus unserer Sonne. Diese kann ebenso starke Auswirkungen haben, wie der bereits bekannte 11-Jahreszyklus der Sonne.
Die Interaktion der magnetischen Bänder könne auch dabei helfen, andere Sonnenrätsel zu lüften. So wird seit den 1960er Jahren beobachtet, dass die Anzahl starker Sonnenausbrüche und damit einhergehender koronaler Masseauswürfe, ein Jahr oder mehr verzögert nach dem Höhepunkt der Anzahl der Sonnenflecken ihren Höhepunkt hat. Dieses als Gnewaschew-Lücke bezeichnete Hinterherhinken scheint ebenfalls damit zusammen zu hängen, wie jeweils zwei Magnetfeldbänder auf jeweils einer Sonnenhälfte miteinander interagieren, ineinanderfließen und dabei instabile Regionen auf der Sonne entstehen lassen, aus denen heraus sich dann Sonnenausbrüche und koronale Masseauswürfe lösen können.
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Sonnenstürme - Die rätselhafte Gefahr:
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Sonnenaktivitäten und ihre Wirkung auf die Erde, sowie Körper & Geist:
https://archive.org/details/sonnenaktivi...st-der-menschen
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Künstlerische Darstellung der ruhigen Sonnenoberfläche (l.) im Vergleich zu einem Superflare (r.)
Copyright: University of Warwick/Ronald Warmington
Coventry (Großbritannien) – Auch unsere Sonne hat das Potential, sogenannte Superflares auszulösen und könnte dann Eruptionen von der 1000-fachen Stärke der bislang stärksten gemessenen Sonnenausbrüchen ins All feuern. Die Chance eines solchen Ereignisses sei jedoch gering, so die Forscher.
Wie das Team von Forschern um Chloë Pugh von der University of Warwick aktuell im Fachjournal „The Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.1088/2041-8205/813/1/L5) berichten, bezieht sich ihre Schlussfolgerung auf Beobachtungen sonnenähnlicher ferner Sterne mit dem Weltraumteleskop „Kepler“.
Besonders der Stern KIC9655129 ist nicht nur Teil eines Doppelsternsystems und bekannt für seine dramatischen Superflares – die Eigenschaften der gewaltigen Ausbrüche gleichen auch jenen der Flares unsere Sonne: „Da die zugrundeliegende Physik dieser Ausbrüche die gleiche zu sein scheint, stützt dies die Vorstellung, dass auch unsere Sonne einen Superflare erzeugen könnte.“
Typische Sonnenausbrüche besitzen die Energie von rund 100 Millionen Megatonnen-Bomben. Ein Superflare unserer Sonne könnte hingegen die Kraft von bis zu 100 Milliarden Megatonnen freisetzen.
„Würde unsere Sonne einen (erdgerichteten) Superflare entfesseln, so wäre das für das Leben auf der Erde katastrophal“, erläutert Pugh. „Unsere GPS- und Radiokommunikationssysteme würde davon schwer beschädigt und es könnte zu großflächigen Stromausfällen in Folge starker elektrischer Ströme in den Stromnetzwerken kommen.“
Allerdings mildern die Forscher selbst ihre Befürchtungen etwas ab: „Glücklicherweise ist es sehr unwahrscheinlich, dass sich die Bedingungen, die für einen Superflare notwendig sind, auch auf unserer Sonne einstellen.“
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Künstlerische Darstellung unserer Sonne vor rund vier Milliarden Jahren (Illu.)
Copyright: NASA/GSFC/CIL
Greenbelt (USA) – Es klingt zunächst widersprüchlich: Gewaltige Eruptionen unserer einst noch jungen und deutlich aktiveren Sonne, wie sie das Sonnensystem eigentlich mit schädlicher solarer Strahlung fluten und Leben auf ungeschützten Planetenoberflächen unmöglich machen können, könnten die Grundlage für die Entstehung von Leben auf der Erde gelegt haben..
Zwar leuchtete unsere Sonne vor rund vier Milliarden Jahren noch um etwa Dreiviertel schwächer als heute, aber ihre Oberfläche war von gewaltigen Eruptionen übersäht, die fortwährend gewaltige Mengen an solarem Material und Strahlung ins All schleuderten. „Es könnten gerade diese Mega-Eruptionen gewesen sein, die für die Entstehung des Lebens auf der Erde mitverantwortlich waren“, erläutert das Team um Vladimir Airapetian vom Goddard Space Flight Center der NASA in einem aktuellen Fachartikel im Fachjournal „Nature Geoscience“ (DOI: 10.1038/ngeo2719).
So könnten diese Eruptionen gewesen sein, die die notwendige Energie geliefert haben, mit der sich einfache Moleküle zu komplexen Molekülstrukturen wie die RNA und DNA zusammenfinden konnten.
„Ein bestmögliches Verständnis von den für die Entstehung von Leben notwendigen Bedingungen auf unserem eigenen Planeten kann uns dabei helfen, auch Leben auf anderen Planeten zu suchen und zu finden“, so die Pressemitteilung der NASA und führt weiter aus: „Bislang war eine Kartierung der irdischen Evolution aber schwierig, da die junge Sonne einfach noch nicht hell genug leuchtete, im die Erde auf die für das Leben notwendigen Temperaturen zu erwärmen.“
Vor rund vier Milliarden Jahren erhielt die Erde gerade einmal 70 Prozent jener Sonnenenergie, wie sie uns heute zur Verfügung steht. Die Erde hätte also einem Eisball gleichen müssen. Stattdessen gibt es aber zahlreiche geologische Beweise dafür, dass der Erdball schon damals warm genug für flüssiges Wasser an der Oberfläche war – das sogenannte Paradoxon der noch schwachen, jungen Sonne. „Unsere Untersuchungsergebnisse zeigen nun, dass es Sonnenstürme gewesen sein könnten , die eine zentrale Rolle bei der Erwärmung unserer Erde spielten“, so Airapetian.
Doch der stetige Zustrom der Sonnenpartikel auf die junge Erde könnte neben der Erwärmung unseres Planeten zusätzlich auch die Energie geliefert haben, die für die Entstehung komplexer Chemikalien notwendig war. „Auf einem Planeten, der gleichmäßig nur mit einfachen Molekülen besetzt ist, benötigt es schon eine ganze Menge hereinkommender Energie, damit komplexe Moleküle wie RNA und DNA entstehen und so die Grundlage des uns bekannten Lebens legen können“, so die NASA-Wissenschaftler.
Während es also eine bestimmte Energiemenge benötigt, damit ein Planet lebensfreundlich werden kann, ist zu viel von genau der gleichen Energie wiederum schädlich und kann nicht nur organische Moleküle zerstören, sondern auch die Atmosphäre eines erst von einem noch schwachen Magnetfeld geschützten Planeten ins All reißen. „Diese Vorgänge und die für das Leben notwendige Balance zu kennen, hilft uns zu entscheiden, welche Planeten um welche Sterntypen zu erwarten sind“, erläutert der Hauptuntersucher des Projekts und Koautor der Studie, William Danchi und stellt abschließend fest: „Wir wollen alle diese Informationen zusammentragen, um die Suche nach lebensfreundlichen Planeten um sonnenähnliche Sterne in unserer Galaxie zu verbessern. (…) Auf diese Weise können wir eine noch fundiertere Beschreibung davon liefern, wie unsere eigene Erde in ihrer Jugend aussah und zugleich herausfinden, wo Leben sonst wo im All am wahrscheinlichsten existieren könnte.“
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Bereits seit Tagen zeigt die Sonnenscheibe keine Anzeichen von Sonnenflecken auf.
Copyright: NASA/SDO/HMI
Hagen (Deutschland) – Schon seit fünf Tagen in Folge zeigt sich unsere Sonne ohne auch nur den kleinsten Sonnenfleck – entsprechend niedrig ist die Sonnenaktivität. Experten und Beobachter vermuten, dass sich die Sonne nach ihrem derzeitigen Zyklus auf ein ausgedehntes Aktivitätsminimum zubewegt, das vergleichbar mit dem sogenannten Maunder-Minimum ausfallen könnte.
Allerdings wären die Auswirkungen eines Maunder-Minimums auf das Klima im 21. Jahrhundert eher gering, kommentiert Dominik Zgrzendek in einem ausführlichen Artikel zum Thema auf „Sonnen-Sturm.info„.
„Die Anzahl von Sonnenflecken schwankt mit einer Periode von rund 11 Jahren, einem Sonnenfleckenzyklus“, erläutert Zgrzendek. „Am meisten Sonnenflecken sind um die Jahre des Aktivitätsmaximums (zuletzt April 2014) zu beobachten, während um das Aktivitätsminimum (zuletzt 2008 und nächstens um 2020) für Monate kein einziger Fleck auf der Sonne auszumachen ist.“
Die Gesamtanzahl der Sonnenflecken wird mit der „Sonnenfleckenrelativzahl“ angegeben, die sich aus der Summe der zehnfachen Anzahl Fleckengruppen und aller Einzelflecken ergibt. Rund um die Aktivitätsmaxima kann diese Zahl kurzzeitig 300-400 erreichen.
Schon im ersten Halbjahr 2014 wiesen die geglätteten Sonnenfleckenrelativzahlen ein Maximum auf, so dass sich die Sonne derzeit in einer absteigenden Phase ihres Zyklus befindet. In dieser Phase sei es normal, dass sich tage- oder sogar wochenlang kein einziger Sonnenfleck auf der Sonnenscheibe zeigt – dann aber plötzlich wieder Flecken auftauchen.
Schon zuvor hatten Sonnenforscher anhand von Beobachtungsdaten vorhergesagt, dass die Sonne wohl schon bald in eine Ruhephase eintreten könnte, wie sie dem sogenannten Maunder-Minimum im 17. Jahrhundert gleichen könnte.
Das „Maunder-Minimum“ fällt zeitlich mit der „Kleinen Eiszeit“ – einer Periode von niedrigeren Temperaturen zusammen, in der insbesondere die Winter in Europa deutlich kälter waren. Zusätzlich zur minimalen Sonnenaktivität machen Wissenschaftler für diese „Kleine Eiszeit“ eine Abnahme der Treibhausgaskonzentration seit dem Jahr 1600, starke Vulkanausbrüche im 17. Jahrhundert sowie der langsame Rückgang der sommerlichen Sonneneinstrahlung auf der Nordhalbkugel durch die Veränderung der Erdbahnparameter verantwortlich, die kühlend auf das Klima wirkten.
Das Gemälde „Eisvergnügen“ von Hendrick Avercamp zeigt einen zugefrorenen Kanal in den Niederlanden im Winter 1608. Der Höhepunkt der sog. Kleinen Eiszeit ging mit einem 70 Jahre andauernden Minimum solarer Aktivitäten, dem sog. Maunder Minimum, einher. Künstlerische Darstellungen solcher Szenen sind nur aus der Zeit zwischen 1565 und 1640 bekannt.
Copyright: gemeinfrei
„Da der aktuelle Sonnenzyklus mit der Nummer 24 eben begonnen hat, wäre dies ab etwa 2020 der Fall. Es bleibt abzuwarten, ob sich diese Prognose bewahrheitet“, so Zgrzendek.
Auf die Frage, wie sich ein erneutes Maunder-Minimum nun jedoch in unserem 21. Jahrhundert auf das Klima auswirken würde, haben Stefan Rahmstorf und Georg Feulner vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) bereits 2010 in einer Studie aufgezeigt (…GreWi berichtete). Darin zeigen sie, „dass ein neues großes Minimum maximal zu einer Abkühlung von 0,3°C im Jahr 2100 führen könnte – relativ zu einer erwarteten Erwärmung aufgrund des Klimawandels von rund 4°C“, und fügen aber erläuternd hinzu, dass dieser Wert für den Temperaturanstieg natürlich von Annahmen über zukünftige Emissionen ab abhänge.
Demnach könnte ein neues Maunder-Minimum aufgrund einer ruhenden Sonne im 21. Jahrhundert die globale Erwärmung kaum abschwächen würde und selbst wenn, nur vorübergehende Effekte haben würde, da alle bekannten großen Sonnenminima nach einigen Jahrzehnten wieder zu Ende waren.
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Borexino-Experiment zeigt:
„Das Bild, das wir von der Energieproduktion unserer Sonne haben,
kann nicht falsch sein.“
Blick auf das Innere des Borexino-Detektors neben der Sonnenoberfläche
Copyright: Borexino Collaboration and Maxim Gromov
Dresden (Deutschland) – 1.400 Meter tief im Felsmassiv des Abruzzischen Apennins jagen Wissenschaftler im Rahmen des Experiments „Borexino“ nach Neutrinos. Jetzt hat das internationale Team erstmals vier der Neutrinoquellen – also vier verschiedene Wege der Neutrinogeburt – am selben Ort vereinigt: Unserer Sonne. Die Ergebnisse bestätigen u.a. Eigenschaften unseres Sterns, die von der Physik bislang nur theoretisch berechnet worden waren und liefern zugleich den Beweis, dass das Bild, das wir von der Energieproduktion der Sonne – und den Sternen haben – nicht falsch sein kann.
„Eine kombinierte Studie der Entstehungswege von Neutrinos gab es bisher nicht“, erklärt Kai Zuber, Professor für Kernphysik an der an „Borexino“ beteiligten Technischen Universität Dresden. „Diese kombinierten Analysen sind ein Meilenstein für das Verständnis der Kernfusion in Sternen.“
Hintergrund: Solare Neutrinos
Neutrinos, das sind elektrisch neutrale Elementarteilchen mit einer gen Null tendierenden Masse. Die sogenannten „Geisterteilchen“ bewegen sich annähernd mit Lichtgeschwindigkeit und wechselwirken kaum mit anderen Teilchen. Einen Quadratzentimeter, in etwa die Fläche eines menschlichen Fingernagels, durchströmen sekündlich 70 Milliarden Neutrinos ohne Auswirkung. (Quelle: TU Dresden)
Wie die internationale Forschergemeinschaft aktuell im Fachjournal „Nature“ (DOI: 10.1038/s41586-018-0624-y) berichtet, gibt es in der Sonne fünf Reaktionsketten, die beim Verschmelzen von Wasserstoff zu Helium Neutrinos hervorbringen. Einige davon sind so schwach, dass selbst Borexino sie nicht zu fassen vermag; vier andere jedoch konnten einzeln bereits nachgewiesen werden. „Wenn man sie einzeln misst, bekommt man immer nur eine Summe von Einzelaufnahmen, nie die gesamte Momentaufnahme. Man ignoriert alle Seitenteile, die in diesem Augenblick auftreten. Die globale Analyse bezieht alle beobachteten Reaktionsketten ein – dass ihre Berechnungen weiterhin die vermuteten Resultate zeigen, bestätigt unser generelles Bild von der Sonne.“
Hintergrund: Borexino
Die „Laboratori Nazionali del Gran Sasso“, befinden sich unter dem Gebirgsmassiv Gran Sasso in Mittelitalien und sind eines der größten unterirdischen Versuchslabore für Elementarteilchen weltweit. Das Gestein schottet die Experimentierstätten gegen andere Teilchen und mit weiterem Aufwand auch die natürliche Radioaktivität der Erde ab. Selten treffen in ihrem 300-Tonnen-Mineralöltank Neutrinos auf Elektronen. Doch wenn dies geschieht – was etwa einmal am Tag vorkommt – schicken sie einen kleinen Lichtblitz durch das Liquid. Es sind genau diese Ereignisse, nach denen die Forscher Ausschau halten.
In weiteren Experimenten wollen die Wissenschaftler nun mit „Borexino“ untersuchen, was zwei Nobelpreisträger in den 1930er Jahren vorhersagten: den Umwandlungsprozess von Wasserstoff in Helium mittels eines Katalyseprozesses. Was die Physiker Carl Friedrich von Weizsäcker und Hans Bethe damals im Gedankenexperiment durchspielten, ist heute in der Theorie als „Bethe-Weizsäcker-Zyklus“ bekannt.
Die Forscher in den italienischen Laboren wollen ihn nun direkt nachweisen. „Es ist ein Prozess, der in größeren Sternen – schon ab einer anderthalbfachen Masse unserer Sonne – dominant die Energie produziert“, erklärt Prof. Zuber begeistert: „Nach 80 Jahren Theorie wäre es ein Hammer, das in der Realität 1.400 Meter unter Tage zu sehen.“
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https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...-sonne20191210/
NASA-Sonnensonde „Parker“ liefert neue Einblicke in die Physik unserer Sonne:
Washington (USA) – Die im August 2018 gestartete NASA-Sonde „Parker Solar Probe“ (PSP) untersucht die Sonne derzeit so nah, wie noch kein irdisches Raumschiff zuvor. Mit modernsten wissenschaftlichen Instrumenten zur Messung der Umgebung hat „Parker“ mittlerweile schon drei von 24 geplanten Durchquerungen der zuvor noch nie erforschten Teile der Sonnenatmosphäre, der sogenannten Korona, absolviert und liefert schon jetzt beispiellose neue Erkenntnisse über die Physik unseres Muttersterns.
In gleich vier Artikel in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten die Sonnenwissenschaftler von ihren bisherigen Beobachtungen und Entdeckungen und geben Ausblicke auf das, was von der PSP zukünftig noch zu erwarten ist,
Highly structured slow solar wind emerging from an equatorial coronal hole. Nature, 2019; DOI: 10.1038/s41586-019-1818-7
Near-Sun observations of an F-corona decrease and K-corona fine structure. Nature, 2019; DOI: 10.1038/s41586-019-1807-x
Alfvénic velocity spikes and rotational flows in the near-Sun solar wind. Nature, 2019; DOI: 10.1038/s41586-019-1813-z
Probing the energetic particle environment near the Sun. Nature, 2019; DOI: 10.1038/s41586-019-1811-1
Die aktuellen Ergebnisse offenbaren unter anderem neue Informationen über das Verhalten des Materials und der Partikel, die sich von der Sonne in Form des sogenannten Sonnenwindes entfernen, und bringen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Beantwortung grundlegender Fragen zur Physik unseres Sterns näher. Auf der Suche nach dem Schutz von Astronauten und Technologie im Weltraum hat „Parker“ schon jetzt herausgefunden, wie die Sonne fortwährend Material und Energie ausstößt. Anhand der gewonnen Daten können Forscher nun bisherige Modelle zum Strom und den Prozessen des Sonnenwindes neu aktualisieren, mit denen das sogenannte Weltraumwetter um unseren Planeten besser verstanden vorhergesagt werden kann.
“Diese ersten Daten von Parker enthüllen unsere Sonne auf eine neue und überraschende Weise”, kommentiert Thomas Zurbuchen, leitender Wissenschaftler der NASA. „Wenn wir nun die Sonne nicht mehr nur aus größerer Distanz, sondern aus der Nähe betrachten, erhalten wir einen beispiellosen Einblick in wichtige Sonnenphänomene und deren Auswirkungen auf die Erde und so auch neue Erkenntnisse, die für das Verständnis aktiver Sterne über Galaxien hinweg relevant sind. Das alles ist aber nur der Beginn einer unglaublich aufregenden Zeit für die Heliophysik mit Parker als Vorreiter für neue Entdeckungen.”
Hintergrund
Obwohl sie uns – von einigen Turbulunzen abgesehen – von der Erde aus betrachtet ruhig erscheint, ist die Sonne alles andere als das: Unser Heimatstern ist magnetisch aktiv und setzt mächtige Lichtblitze frei, Schwärme von Partikeln, die sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegen, und milliardenschwere Wolken aus magnetisiertem Material.
Bis diese Partikel- und Strahlenströme aber die Erde erreichen, sind sie bereits über 140 Millionen Kilometer gereist – wonach die genauen Eigenschaften der genauen Mechanismen der Sonne zum Erwärmen und Beschleunigen des Sonnenwinds bereits verblasst und teilweise gänzlich ausgelöscht sind. Je näher wir mit Sonden wie der PSP also der Quelle des Sonnenwinds kommen, umso genauer zeichnet sich ganz anderes Bild – das eines komplexen und aktiven Systems – ab. Und ein möglichst genaues Verständnis über diese Prozesse ist wichtig, da diese sich direkt auf unseren Planeten (und andere Planeten und Himmelskörper wie den Mond, Mars usw.) auswirken, indem sie schädliche Partikel in jenen Raum stoßen, in dem auch unsere Satelliten und Astronauten fliegen, hier Kommunikations- und Navigationssignale stören und sogar – wenn sie intensiv sind – Stromausfälle auslösen können.
Die jetzt veröffentlichten Daten beschreiben das Verhalten dieses ständigen Materialabflusses der Sonne, des sogenannten Sonnenwindes, der in Erdnähe mit dem natürlichen Magnetfeld unseres Planeten interagiert und hier die beschriebenen Effekte hervorrufen kann.
„Was auf der Sonne passiert, ist entscheidend, um zu verstehen, wie es den Raum um uns herum formt und beeinflusst“ erläutert die NASA-Pressemitteilung. „Das meiste Material, das der Sonne entweicht, ist Teil des Sonnenwinds, eines kontinuierlichen Abflusses von Sonnenmaterial, das das gesamte Sonnensystem flutet. Dieses ionisierte Gas (sog. Plasma), trägt das Magnetfeld der Sonne mit sich und führt es in einer gewaltigen Blase durch das Sonnensystem, die sich über mehr als 16 Milliarden Kilometer erstreckt.“
„Die jetzt beobachtete Komplexität der Korona ist überwältigend“, erklärt Stuart Bale von der University of California in Berkeley, Leiter der Parker Solar Probe-Instrumentenreihe (FIELDS), mit dem die Sonde die die Größe und Form elektrischer und magnetischer Felder der Sonne untersucht.
Wie die Sonne selbst, so besteht auch der Sonnenwind aus Plasma, in dem sich negativ geladene Elektronen von positiv geladenen Ionen getrennt haben, wodurch ein Meer frei schwebender Teilchen mit individueller elektrischer Ladung entsteht. Diese freischwebenden Teilchen bedeuten, dass Plasma elektrische und magnetische Felder trägt. Änderungen innerhalb dieses Plasmas hinterlassen Marker in diesen Feldern. Die FIELDS-Instrumente an Bord der Parker-Sonde untersuchten den Zustand des Sonnenwinds, indem sie die zeitlichen Veränderungen der elektrischen und magnetischen Felder um das Raumfahrzeug, sowie die Wellen im nahe gelegenen Plasma messen und analysierten.
Diese Messungen zeigen nun schnelle Umkehrungen des Magnetfelds und plötzliche, sich schneller bewegende Materiestrahlen. Hierbei handelt es sich um Eigenschaften, die den Sonnenwind turbulenter machen. Die Sonnenforscher sehen darin einen Schlüssel zum Verständnis dafür, wie der Sonnenwind selbst Energie verteilt, wenn er von der Sonne weg und durch das Sonnensystem strömt.
Im Magnetfeld, das von der Sonne eingebettet in den Sonnenwind ausgeht, offenbaren die neuen Daten Umkehrungen – sogenannte Switchbacks – die zwischen wenigen Sekunden und mehreren Minuten andauern können. Während eines solchen „Switchbacks“ peitscht das Magnetfeld sozusagen auf sich selbst zurück, bis es fast direkt auf die Sonne gerichtet ist. “Wir beobachten hier Überreste von Strukturen der Sonne, die in den Weltraum geschleudert werden und so die Organisation der Sonnenströme und des Magnetfelds gewaltsam verändern. Diese Erkenntnis wird unsere Theorien zur Erwärmung der Korona und des Sonnenwindes dramatisch verändern“, erläutert Justin Kasper, einer der PSP-Hauptuntersucher von der University of Michigan.
Die genaue Ursache der „Switchbacks“ sei zwar noch verstanden, aber die Messungen der Sonde erlauben es den NASA-Wissenschaftlern schon jetzt, die Möglichkeiten einzugrenzen: „Unter den vielen Teilchen, die ständig von der Sonne aus strömen, befindet sich ein konstanter Strahl sich schnell bewegender Elektronen, die entlang der Magnetfeldlinien der Sonne in das Sonnensystem gelangen. Diese Elektronen fließen immer streng entlang der Form der Feldlinien, die von der Sonne ausgehen, unabhängig davon, ob der Nordpol des Magnetfelds in dieser bestimmten Region zur Sonne hin oder von dieser weg weist. Die Parker Solar Probe hat diesen Elektronenfluss auch in die entgegengesetzte Richtung (zurück zur Sonne) gemessen. Dies zeigt, dass sich das Magnetfeld selbst zurück zur Sonne biegen muss. Das deutet wiederum darauf hin, dass es sich bei diesen Switchbacks um Knicke im Magnetfeld handelt – lokalisierte Störungen, die sich von der Sonne entfernen – und nicht um eine Änderung des Magnetfelds, wenn es von der Sonne ausgeht.“
Die Switchback-Beobachtungen legen also nahe, dass diese Ereignisse noch häufiger auftreten werden, je mehr sich die Sonde der Sonne nähert. Die nächste Annäherung, die für den 29. Januar 2020 geplant ist, wird das Raumschiff dann noch näher als je zuvor an die Sonne heranführen und möglicherweise ein neues Licht auf diesen Prozess werfen.
Die Informationen tragen nicht nur dazu bei, unser Verständnis der Ursachen des Sonnenwinds und des Weltraumwetters um uns herum zu ändern, sondern helfen auch, jenen grundlegenden Prozess zu verstehen, wie sonnenähnliche Sterne funktionieren und wie sie Energie an und in ihre Umgebung abgeben.
Andere Messungen der „Parker Solar Probe“ bringen die Wissenschaftler hingegen schon jetzt den Antworten auf jahrzehntealte Fragen näher. Eine dieser Fragen ist die, wie genau der Sonnenwind von der Sonne ausgeht:
„In der Nähe der Erde sehen wir den Sonnenwind fast radial – das heißt, er strömt direkt von der Sonne in alle Richtungen. Aber die Sonne dreht sich auch, während sie den Sonnenwind freigibt. Bevor er sich löst, wirbelt der Sonnenwind aufgrund dieser Rotation, ähnlich wie Kinder auf einem Karussell: Die Atmosphäre dreht sich mit der Sonne, so wie sich der äußere Teil des Karussells dreht. Aber je weiter Sie vom Zentrum entfernt sind, desto schneller bewegen Sie sich im Raum. Ein Kind am Rand könnte abspringen und sich an diesem Punkt in einer geraden Linie bewegen, anstatt sich weiter zu drehen. In ähnlicher Weise gibt es irgendwann einen Punkt zwischen Sonne und Erde, an dem der Sonnenwind von einer der Sonne selbst folgenden Rotation zu einer direkten Strömung nach außen oder radial wird – so , wie wir dies von der Erde aus sehen.“
Animation der von der rotierenden Sonne ausgesandten Sonnenwind-Partikel (Illu.).
Copyright: NASA, Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Adriana Manrique Gutierrez
Wo genau der Sonnenwind von einer Rotationsströmung zu einer perfekt radialen Strömung übergeht, hat nun aber Auswirkungen darauf, wie die Sonne Energie abgibt. „Wenn wir diesen Punkt finden, können wir den Lebenszyklus anderer Sterne oder die Bildung protoplanetarer Scheiben, der dichten Gas- und Staubscheiben um junge Sterne, die schließlich zu Planeten verschmelzen, besser verstehen“, erläutern die NASA-Wissenschaftler.
Zum ersten gelang es nun mit der Parker-Sonde den Sonnenwind beobachten, während er sich noch drehte, anstatt nur die gerade Strömung zu beobachten, die wir sie in der Nähe der Erde sehen: „Es ist, als hätte PSP sozusagen zum ersten Mal direkt einen Blick auf das rotierende Karussell selbst und nicht nur auf die von ihm abspringenden Kinder gehabt“. Das Sonnenwindinstrument der Sonde erkannte eine Rotation, die mehr als 32 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt begann. Als sich Parker dann seinem Perihelpunkt näherte, erhöhte sich die Rotationsgeschwindigkeit. Die Zirkulationsstärke war stärker als von vielen Wissenschaftlern vorhergesagt, ging aber auch schneller als vorhergesagt in eine vertikale Strömung über. “Der große Rotationsfluss des Sonnenwinds während der ersten Begegnungen war eine echte Überraschung”, erläutert Kasper. “Während wir gehofft hatten, irgendwann eine Rotationsbewegung näher an der Sonne zu sehen, sind die hohen Geschwindigkeiten, die wir bei diesen ersten Begegnungen beobachtet haben, fast zehnmal größer als von den Standardmodellen vorhergesagt.”
Eine weitere Frage, die sich mit den neuen Daten einer Antwort nähert, ist die nach der bislang nur schwer fassbaren, staubfreien Zone um unsere Sonne: „Unser Sonnensystem ist voller Staub – die kosmischen Krümel von Kollisionen, aus denen vor Milliarden von Jahren Planeten, Asteroiden, Kometen und andere Himmelskörper entstanden“, so die NASA. „Wissenschaftler haben lange vermutet, dass dieser Staub in der Nähe der Sonne durch starkes Sonnenlicht auf hohe Temperaturen erhitzt und in ein Gas umgewandelt werden könnte und so eine staubfreie Region um die Sonne entstehen würde. Beobachtet wurde eine solche Region bislang allerdings noch nie.“
Mit den bildgebenden Systemen an Bord der Parker-Sonde ist es nun erstmals gelungen, kosmischen Staub direkt zu detektieren. Das WISPR-Instrument ist in der Lage, weite Bereiche der Korona und des Sonnenwinds zu beobachten, einschließlich Regionen, die näher an der Sonne liegen. Die Aufnahmen zeigen nun Staub, der etwas mehr als 11 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt zu dünnen beginnt. Dieser Staubrückgang hält stetig bis zu den derzeitigen Grenzen der WISPR-Messungen in etwas mehr als 6 Millionen Kilometern Entfernung von der Sonne an.
Die PSP sah kosmischen Staub (hier grafisch abgebildet), der in unserem Sonnensystem verstreut ist und sich in der Nähe der Sonne auszudünnen beginnt, was die Idee einer lang theoretisierten staubfreien Zone in der Nähe der Sonne bestätigt (Illu.).
Copyright: Goddard Space Flight Center der NASA / Scott Wiessinger
Anhand der nun gemessenen Ausdünnung erwarten die Wissenschaftler, dass eine wirklich staubfreie Zone etwas mehr als 3-5 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt beginnt. Das würde bedeuten, dass Parker die staubfreie Zone bereits 2020 direkt beobachten könnte.
Laut NASA eröffnen die Parker-Messungen eine neue Perspektive auf zwei Arten von Weltraumwetterereignissen: Energetische Partikelstürme und koronaler Massenauswürfe (coronal mass ejections, CMEs).
Winzige Teilchen – sowohl Elektronen als auch Ionen – werden durch Sonnenaktivität beschleunigt und erzeugen Stürme energetischer Teilchen. Ereignisse auf der Sonne können diese Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in das Sonnensystem schleudern. Auf diese Weise erreichen sie die Erde in weniger als einer halben Stunde und können so auch andere Planeten und Monde in ähnlich kurzer Zeit treffen. Diese Teilchen beinhalten viel Energie, so dass sie die Elektronik von Raumfahrzeugen beschädigen und sogar Astronauten gefährden können – besonders jene im Weltraum, die sich nicht (wie etwa an Bord der ISS) noch im Schutz des Erdmagnetfelds befinden. Es sei vor allem diese kurze Vorwarnzeit, die es so schwierig macht, diesen Partikelströmen zu entgehen, so die NASA.
„Es ist also von entscheidender Bedeutung, genau zu verstehen, wie diese Partikel auf so hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden“, erklärt das Parker-Team und fügt hinzu: „Aber auch wenn sie binnen weniger Minuten auf der Erde treffen, ist das noch genug Zeit, damit die Partikel selbst die ursprünglichen Merkmale jener Prozesse verlieren, die sie einst überhaupt beschleunigt haben. Durch das Umrunden der Sonne in nur wenigen Millionen Kilometern Entfernung kann die „Parker Solar Probe“ diese Partikel unmittelbar nach dem Verlassen der Sonne messen und so neue Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sie freigesetzt werden.“
Schon jetzt haben die von der Princeton University geleiteten ISʘIS-Instrumente an Bord der Sonde mehrere noch nie dagewesene energetische Partikelereignisse gemessen – Ereignisse, die so klein sind, dass alle Spuren verloren gehen, bevor sie die Erde oder einen unserer erdnahen Satelliten erreichen. Diese Instrumente haben auch eine seltene Art von Partikelexplosion mit einer besonders hohen Anzahl schwererer Elemente gemessen – was darauf hindeutet, dass beide Arten von Ereignissen häufiger auftreten, als die Wissenschaftler dies bisher angenommen hatten.
“Es ist erstaunlich, dass die Sonne selbst unter Minimalbedingungen viel mehr winzige energetische Partikelereignisse erzeugt, als wir jemals gedacht haben”, erklärt der ISOIS -Hauptuntersucher David McComas. “Diese Messungen werden uns helfen, die Quellen, die Beschleunigung und den Transport von energetischen Sonnenteilchen zu entschlüsseln und Satelliten und Astronauten in Zukunft besser zu schützen.”
Auch Daten aus den WISPR-Instrumenten liefern Details zu Strukturen in der Korona und im Sonnenwind – einschließlich koronaler Massenauswürfe und Milliarden Tonnen an Wolken aus Sonnenmaterial, die die Sonne ins Sonnensystem schleudert. CMEs können eine Reihe von Effekten auf die Erde und anderen Welten auslösen, von leuchtenden Polarlichtern bis hin zur Induktion elektrischer Ströme, die Stromnetze und Kommunikationsnetzwerke beschädigen können.
“Da Parker der Sonnenrotation folgte, konnten wir tagelang den Materialfluss beobachten und die Entwicklung der Strukturen direkt beobachten”, erläutert Howard. “Beobachtungen in der Nähe der Erde haben uns glauben lassen, dass feine Strukturen in der Korona sich zu einem reibungslosen Fluss vereinigen. Jetzt haben wir aber festgestellt, dass dies nicht zutrifft. Jetzt können wir sehr viel besser modellieren, wie sich Ereignisse zwischen Sonne und Erde bewegen.”
Während die „Parker Solar Probe“ ihre Reise fortsetzt, wird sie sich der Sonne in zunehmend kürzeren Entfernungen noch 21 Mal annähern, was dann in drei Umrundungen führt, die nur 5,3 Millionen Kilometer von der Sonnenoberfläche entfernt verlaufen.
“Die Sonne ist der einzige Stern, den wir genau untersuchen können”, sagte Nicola Fox, Direktor der Abteilung für Heliophysik am Hauptquartier der NASA abschließend. „Daten von der Quelle zu haben, revolutioniert schon jetzt unser Verständnis über unseren Mutterstern, aber auch das zu anderen Sterne im Universum. Unser kleines Raumschiff macht sich unter brutalen Bedingungen auf den Weg, um überraschende und aufregende Enthüllungen nach Hause zu schicken.“
Quelle: NASA
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Weitere Hinweise auf Beeinflussung der Sonnenaktivität durch Planetenkonstellationen:
Symbolbild: Sonne mit Sonnenflecken (SDO-Aufnahme vom 18. Oktober 2014).
Copyright: NASA Goddard
Zürich (Schweiz) – Eine neue Theorie untermauert die umstrittene Hypothese, dass nicht nur die Sonne ihre Planeten, sondern auch umgekehrt, die Planeten und deren Konstellationen die Sonnenaktivität beeinflussen. Schweizer Forscher zeigen hierzu einen Mechanismus auf, wie der sehr geringe Einfluss der Planeten einem solch großen System wie der Sonne seinen Rhythmus aufprägen könnte.
Schon 2012 hatte der Eawag- und ETH-Forscher Professor Jürg Beer erstmals seine Hypothese veröffentlicht, wonach auch die Planeten die Aktivität der Sonne beeinflussen (…GreWi berichtete). Damals hatte Beer gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Spanien und Australien mithilfe von Beryllium-Daten aus Eisbohrkernen die Zyklen der Sonnenaktivität für die letzten 10.000 Jahr rekonstruiert und mit der Bewegung der Planeten um die Sonne verglichen. Tatsächlich war die Übereinstimmung verblüffend, weisen doch Sonnenaktivität und die Planetenbewegung ähnliche Rhythmen auf. Sollte sich die Beobachtung bestätigen, ließen sich – so die Hoffnung der Forschenden – damit die zyklischen Schwankungen der Sonnenaktivität mit Hilfe der schließlich bekannten und vorhersagbaren Planetenbewegungen besser vorhersagen.
Erwartungsgemäß stieß die Beers Hypothese bei vielen Kollegen auf Skepsis und Ablehnung, da der Einfluss der Planeten viel zu klein sei, um einen nachweisbaren Effekt auf die Sonnenaktivität ausüben zu können, so die Einwände.
Nun aber hat Carlo Albert, Leiter der Eawag-Gruppe Mathematische Methoden in der Umweltforschung an de ETH-Zürich, gemeinsam mit Forschungskollegen aus der Schweiz und aus Spanien eine Erklärung gefunden, wie der winzige Effekt der Planeten die Aktivität der wesentlich größeren Sonne dennoch beeinflussen könnte: die sog. stochastische Resonanz.
Demnach kann unter bestimmten Bedingungen dieses Phänomen schwache, meist periodische Signale derart verstärken, dass sie erhebliche Folgen haben. Die Ergebnisse ihrer Forschungen haben die Wissenschaftler aktuell im Fachjournal „Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.3847/2041-8213/ac0fd6) veröffentlicht.
Bekannt und unbestritten ist, dass die Sonnenaktivität einen klaren 11-Jahres-Zyklus aufweist. Allerdings gibt es weitere Sonnenzyklen: „Mit einfachen mathematischen Modellen konnten wir zeigen, dass die Sonne im Prinzip zwei stabile Aktivitätszustände des 11-Jahres-Zyklus hat: einen aktiven Zustand mit großer Amplitude und hoher Sonnenaktivität sowie einen ruhigeren Zustand mit kleiner Amplitude und geringerer Sonnenaktivität“, erklärt Albert. Die Wissenschaft spreche dabei von einem bistabilen System, erläutert der Wissenschaftler und führt dazu weiter aus: „Wir gehen davon aus, dass die Sonne aufgrund von Turbulenzen in ihrem Inneren zwischen diesen beiden Zuständen hin und her springt.“ Da die Turbulenzen zufällig auftreten, würde man eigentlich erwarten, dass diese Wechsel völlig unregelmäßig und nicht vorhersagbar passieren.
Doch die Messdaten, die zur Sonnenaktivität vorliegen, legen nun die Vermutung nahe, dass der Wechsel der Zustände nicht rein zufällig passiert, sondern häufig einen Rhythmus von etwa 200 Jahren aufweist. „Das wäre also neben dem 11-Jahres-Zyklus ein weiterer, überlagerter 200-Jahres-Zyklus.“ Als Ursache für diesen weiteren Rhythmus hatten Jürg Beer und seine Kollegen den Einfluss der Planeten vermutet. Dieser Einfluss alleine ist aber äußerst gering.
Albert und Kollegen haben nun eine Möglichkeit gefunden, wie dieser Einfluss gesteigert werden könnte: „Unter geeigneten Bedingungen kann ein Rauschen in einem bistabilen System den Einfluss eines periodischen Treibers massiv verstärken – man spricht von stochastischer Resonanz.“
Die Turbulenzen im Inneren der Sonne (also das Rauschen) würden dann den schwachen Einfluss der Planeten (der periodische Treiber) verstärken. Die Planeten würden somit dem zufälligen Hin- und Herspringen der Sonne zwischen den beiden Aktivitätszuständen seinen Takt aufprägen und den Rhythmus der Sonnenaktivität mitbestimmen.
Diese stark vereinfachte Darstellung veranschaulicht schematisch das Auftreten von Grand Minima – Zeiträume mit geringer Sonnenaktivität – in einem Abstand von etwa 200 Jahren. In Realität sind die Schwankungen der Sonnenaktivität sehr viel unregelmäßiger und mit vielen weiteren Zyklen überlagert.
Copyright/Quelle: eawag/ETH Zürich
In nächsten Schritten wollen die Forscher nun untersuchen, in wieweit sich damit die Beobachtungen der Sonnenaktivität der vergangenen Jahrhunderte berechnen lassen. Das würde die Theorie bekräftigen und auch einen weiteren Schritt ermöglichen, nämlich die Vorhersage der Sonnenaktivität für die kommenden Jahrzehnte und Jahrhunderte.
Tatsächlich wäre eine solche Vorhersagemöglichkeit von großem Interesse. Denn was die Sonnenaktivität anbelangt, erleben wir im Moment eine spannende Zeit, so die Forscher: „Nach der Hypothese von Jürg Beer, die jetzt durch unsere Theorie untermauert wird, befinden wir uns am Ende einer aktiven Phase mit einer großen Amplitude des 11-Jahres-Zyklus. Wir müssten langsam auf eine ruhigere Phase zusteuern“, sagt Albert. Derartige Phasen werden auch als Grand Minima bezeichnet. Und es gibt tatsächlich erste Anzeichen, dass sich der 11-Jahres-Zyklus abschwächt. „Ich beobachte im Moment alle paar Tage, wie sich die Sonnenaktivität entwickelt“, berichtet der Wissenschaftler weiter. „Es dauert aber noch einige Jahre, bis wir sicher wissen, ob sich die Sonne wirklich in einem neuen Grand Minimum befindet.“
Interessant ist die Entwicklung der Sonnenaktivität vor allem deswegen, weil das letzte Auftreten eines Grand Minimums vor etwa 400 Jahren mit der Kleinen Eiszeit in weiten Teilen Europas in Verbindung gebracht wird, auch wenn dieser Zusammenhang noch nicht eindeutig belegt ist. „Aufgrund des Klimawandels wäre eine Abschwächung der Sonnenaktivität natürlich wünschenswert“, sagt Albert abschließend. „Leider wird sie, wenn sie denn tatsächlich eintritt, die menschengemachte Erwärmung kaum kompensieren, sondern im besten Fall nur vorübergehend etwas abbremsen können. Es führt also weiterhin kein Weg daran vorbei, die Emissionen von Treibhausgasen radikal zu reduzieren.“
Recherchequellen: EAWAG
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