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Göttinger Wissenschaftler: Magnetfeld und koronale Bögen sind nicht identisch

Die Bögen der Sonne Göttinger Wissenschaftler: Magnetfeld und koronale Bögen sind nicht identisch

Die Magnetfelder der Sonne sind veränderlicher als bisher angenommen. Wissenschaftler vom Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung konnten mit neuen Berechnungen nachweisen, dass stabile koronale Bögen dort auftreten, wo das Magnetfeld in Bewegung ist. Von ihren neuen Ergebnissen berichten die Wissenschaftler in der heutigen Ausgabe des Fachmagazins Nature Physics.

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Koronale Bögen: Sie entstehen in der Nähe von Sonnenflecken, die eine hohe magnetische Feldstärke haben.

Quelle: NASA

Göttingen. Die Bögen entstehen bei Eruptionen und bestehen aus Plasma, das aus dem Stern entweicht und in beeindruckenden Bögen zurückströmt.

Entscheidend für diesen neuen Blick in die Atmosphäre der Sonne waren Rechnungen, in denen die Forscher den Wärmehaushalt und die elektromagnetischen Eigenschaften des dünnen Plasmas in dieser Region in allen drei Dimensionen betrachteten. „Leider lässt sich das Magnetfeld der Korona nicht direkt messen“, sagt Prof. Hardi Peter. „Dafür ist ihr Licht einfach zu schwach“.

Stattdessen nutzen Forscher Beobachtungen des Magnetfeldes an der Sonnenoberfläche und setzen dieses rechnerisch in die Atmosphäre der Sonne fort. „Dabei alle Dimensionen zu berücksichtigen, ist numerisch ausgesprochen aufwändig und anspruchsvoll“, so Peter. 20 Millionen CPU-Stunden auf dem Super-Computer am Leibniz-Rechenzentrum in München waren hierfür notwendig; ein normaler PC hätte mehr als 1000 Jahre benötigt.

Erstmals konnten die Göttinger Forscher in ihren Rechnungen nun mitverfolgen, wie sich eine einzelne Feldlinie mit der Zeit entwickelt. Selbst wenn sie zunächst mit einem koronalen Bogen zusammenfällt, gehen Magnetfeldlinie und Bogen einige Sekunden später getrennte Wege: Der sichtbare Bogen bleibt nahezu stabil, die Feldlinie jedoch wächst und wölbt sich weiter nach außen. „Betrachtet man das komplette magnetische Feld, so findet sich zwar stets eine Feldlinie, die mit dem Bogen übereinstimmt“, so Erstautor Feng Chen. „Doch es ist nicht lange dieselbe“, fügt er hinzu.

Die Ursache findet sich am Ausgangspunkt der Feldlinien: der Sonnenoberfläche. Koronale Bögen nehmen ihren Ursprung in der Regel in der Nähe von Sonnenflecken. Diese Bereiche besonders hoher magnetischer Feldstärke überziehen die sichtbare Oberfläche der Sonne mal mehr, mal weniger zahlreich. Am äußeren Rand eines solchen Fleckes fließt magnetische Energie besonders effizient nach oben in die Korona. Erreicht eine Feldlinie diesen Bereich, erhält sie dort mehr Energie, das Plasma heizt sich auf -  und wird schließlich so heiß, dass im ultravioletten Licht ein Leuchten erkennbar ist.

„Koronale Bögen, wie wir sie aus UV-Aufnahmen der Sonne kennen, zeigen sich nur in einem begrenzten Temperaturbereich, etwa von 1,3 bis 1,7 Millionen Grad“, so Chen. Die sich erwärmende und gleichzeitig nach außen wandernde Feldlinie blitzt somit nur für 50 bis 100 Sekunden auf. Danach bietet eine andere weiter innen die richtigen Temperaturbedingungen. „Das Leuchten des koronalen Bogens tritt deshalb zwar immer an derselben Stelle auf. Verantwortlich sind aber immer neue Feldlinien und Plasmaströme“, so Chen.

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