Geheimnisvolle Magnetwellen könnten erklären, warum die Sonnenatmosphäre heißer ist, als Physiker es für möglich hielten

Jun 16, 2023

Die Korona der Sonne ist 200-mal heißer als ihre Oberfläche und widerspricht den Modellen von Sternkörpern. Nun könnte es für dieses 80 Jahre alte Rätsel endlich eine Lösung geben.

Hochfrequente magnetische Wellen, die durch die Sonne strömen, könnten erklären, warum die Temperatur der Atmosphäre unseres Sterns 200-mal heißer ist als seine Oberfläche.

Die Temperatur der oberen Sonnenatmosphäre, der sogenannten Korona, kann auf über 2 Millionen Grad Fahrenheit (1,1 Millionen Grad Celsius) ansteigen, während 1.000 Meilen (1.600 Kilometer) näher am Kern die Photosphäre – die sichtbare Oberfläche der Sonne – brodelt bei relativ gekühlten 10.000 F (5.500 C).

Dieses koronale Erwärmungsproblem entsteht durch die Hauptwärmequelle der Sonne, nämlich die Kernfusion, die in ihrem Kern stattfindet. Sternmodelle deuten darauf hin, dass es in Regionen, die weiter vom Kern entfernt sind, zu einem Temperaturabfall kommen sollte – etwas, dem die Korona trotzt, da sie heißer ist als die darunter liegende Photosphäre. Das ist, als würde man sich von einem Feuer entfernen und feststellen, dass die Luft heißer wird.

Wissenschaftler haben schon lange vermutet, dass magnetische Phänomene eine Rolle dabei spielen könnten, dass die obere Sonnenatmosphäre ihre physikalisch hohen Temperaturen aufrechterhält. Nun könnten Beobachtungen kleiner und schneller Schwingungen in magnetischen Strukturen in der Korona durch die Raumsonde Solar Orbiter der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) endlich genau bestimmen, was die Korona erhitzt.

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„In den letzten 80 Jahren haben Astrophysiker versucht, dieses Problem zu lösen, und jetzt tauchen immer mehr Beweise dafür auf, dass die Korona durch magnetische Wellen erhitzt werden kann“, sagte Tom Van Doorsselaere, Plasmaastrophysiker an der Universität KU Leuven in Belgien, in einem Stellungnahme. Van Doorsselaere ist Co-Autor eines neuen Artikels, der die Forschung detailliert beschreibt und am 17. Juli in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde.

Obwohl die Korona viel heißer als die Photosphäre ist, wird sie dennoch durch Licht aus der darunter liegenden Photosphäre ausgewaschen. Das bedeutet, dass man für die Beobachtung von der Erde aus auf eine Mondfinsternis warten muss, bei der die Mondscheibe die Photosphäre blockiert, oder dass man spezielle Geräte verwenden muss, die den Effekt reproduzieren.

Von seiner Position rund 26 Millionen Meilen (42 Millionen km) von der Sonne aus hat der Solar Orbiter keine derartigen Probleme. Die ESA-Raumsonde kann ihr vom Königlichen Observatorium Belgiens (ROB) betriebenes Extreme Ultraviolet Imager (EUI)-Teleskop nutzen, um Bilder der Sonnenkorona mit beispielloser Auflösung zu erstellen.

Die Raumsonde, die derzeit die andere Seite der Sonne aus unserer Perspektive hier auf der Erde beobachtet, und der Full Sun Imager und sein hochauflösender Imager von EUI entdeckten die kleinen magnetischen Wellen, die das Plasma durchqueren, ein brodelnd heißes Gas aus geladenen Teilchen, aus dem unser Stern besteht. am 12. Okt. 2022.

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Nachdem EUI diese neuen schnellen, kleinräumigen Schwingungen entdeckt hatte, wollte das Team wissen, ob sie mehr Energie zur koronalen Erwärmung beitragen als zuvor entdeckte langsamere, niederfrequente Schwingungen. Um dies zu untersuchen, führte das Team eine Metaanalyse mehrerer früherer Solarstudien durch.

Aus dieser Analyse kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass hochfrequente Schwingungen tatsächlich deutlich mehr Energie für die Erwärmung der Korona liefern als ihre langsameren Gegenstücke.

Um den Zusammenhang zwischen koronaler Erwärmung und hochfrequenten magnetischen Wellen zu bestätigen, werden Wissenschaftler die äußere Atmosphäre der Sonne weiterhin mit dem Solar Orbiter und seinen Instrumenten beobachten.

„Da ihre Ergebnisse auf eine Schlüsselrolle schneller Oszillationen bei der koronaren Erwärmung hinweisen, werden wir einen Großteil unserer Aufmerksamkeit der Herausforderung widmen, höherfrequente magnetische Wellen mit EUI zu entdecken“, sagte David Berghmans, ROB-Forscher und EUI-Hauptforscher, in der Erklärung.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist aus Großbritannien, der sich auf Wissenschaft, Weltraum, Physik, Astronomie, Astrophysik, Kosmologie, Quantenmechanik und Technologie spezialisiert hat. Robs Artikel wurden in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space und ZME Science veröffentlicht. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University

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