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Göttingen Förderung für Sonnenforscherin Maarit Käpylä vom MPS
Campus Göttingen Förderung für Sonnenforscherin Maarit Käpylä vom MPS
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13:59 20.12.2018
Sonnenforscherin Maarit Käpylä Quelle: MPS
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Göttingen

Seit Menschengedenken beschäftigt sich der Mensch mit der Sonne. Mit Bauwerken und Apparaturen beobachten sie den Lauf der Sonne. Mit immer besseren Instrumenten – vom Teleskop bis hin zu Satelliten und Raumsonden – entreißen Wissenschaftler dem Stern im Zentrum unseres Sonnensystems seine Geheimnisse.

Doch trotz immer präziserer Beobachtungsdaten gibt es weiterhin Phänomene, die den Astronomen Rätsel aufgeben. Dazu gehört das „komplexe magnetische Wesen der Sonne“, das längst noch nicht vollständig entschlüsselt sei, heißt es in einer Mitteilung des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS). Mit einem zehnköpfigen Team arbeitet die MPS-Forscherin Maarit Käpylä daran, diesem Wesen einen Schritt näherzukommen.

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573 Millionen Euro für 291 junge Forscher

Die Europäische Forschungskommission (ERC) unterstützt Käpyläs Sonnenforschung mit einem sogenannten Consolidator Grants. Die Förderung beträgt maximal zwei Million Euro und wird für bis zu fünf Jahre gewährt. Das ERC unterstützt in diesem Jahr 291 junge Wissenschaftler mit zusammen 573 Millionen Euro.

Computermodell der magnetischen Felder in einem schnell rotierenden, jungen Stern. Quelle: MPS

Im Blick von Käpylä, die auch an Aalto Universität in Finnland forscht, und ihrem Team sind die Magnetfelder von Sternen, die nach Auskunft des MPS weiterhin ein großes Rätsel seien. Sie entstünden „aus chaotischen Plasmaströmen in der äußeren Hülle eines Sterns in einem hydromagnetischen Dynamoprozess“, schildert das MPS. Die Magnetfelder seien deshalb ausgesprochen vielfältig, zahlreiche Phänomene weder zeitlich noch räumlich stabil. Andererseits zeigten die Magnetfelder von Sternen über längere Zeiträume hinweg „bemerkenswert verlässliche“ Strukturen, die so groß wie der Stern selbst sein können und recht regelmäßigen zeitlichen Schwankungen unterliegen.

Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche sind dunkle Gebiete hoher magnetischer Feldstärke. Quelle: MPS

Ordnung neben dem Chaos

Als ein Beispiel für so eine verlässliche Struktur sei der elfjährige magnetische Zyklus der Sonne, in dem der erdnahe Stern „mal mehr, mal weniger“ magnetisch aktiv sei. Hier setzt Käpyläs Forschung an: Ihr Ziel ist es, herauszufinden, wie diese Ordnung neben dem Chaos bestehen kann und wie die Sterndynamos im Detail funktionieren. Dazu sollen ihr theoretische und numerische Modelle dienen, die sie in ihrem vom ERC unterstützten Projekt mit Hilfe von Computersimulationen entwickeln will. Mit den Modellen sollen die entscheidenden Prozesse innerhalb der Sonne und anderer Sterne beschrieben werden. Eine entscheidende Rolle komme dabei chaotischen und turbulenten Vorgängen im Sterneninnern zu, die bisherige Theorien bisher nur wenig berücksichtigten, erläutert das MPS.

Theorien zum Verhalten der Sonne

Was in der Wissenschaft bislang fehlt, ist eine theoretische Beschreibung, die erklärt, wie die Sonnenrotation und die heißen Plasmaströme an der Sonnenoberfläche alle bekannten magnetischen Phänomene erzeugen. Dazu gehörten auch die Sonnenflecken, dunkle Gebiete hoher magnetischer Feldstärke an der sichtbaren Oberfläche der Sonne.

Feurige Gasbögen in der Sonnenatmosphäre. Quelle: NASA

Zwar gebe es Theorien, die das Verhalten der Sonne recht gut wiedergeben. Das reiche aber nicht. „Wir Menschen nehmen gerne an, dass unsere Sonne ein ganz besonderer Stern ist. Aber das stimmt nicht“, sagt Käpylä zu bedenken. So seien zwar zahlreiche Sterne bekannt, die der Sonne in Bezug auf magnetische Aktivität und Rotationseigenschaften stark ähnelten. Aber die Vielfalt unter den Sternen umfasse viel mehr: etwa jüngere Sterne, die schneller rotierten als die Sonne, deutlich aktiver seien und deren gigantische Sternflecken in Phasen hoher Aktivität bevorzugt in Polnähe aufträten, oder solche, in denen – anders als bei der Sonne – die aufsteigenden, brodelnden Plasmaströme das gesamte Innere ausfüllten.

„Nur eine Theorie, die sich an all diesen Sternen bewährt, enthält die wirklich grundlegenden Mechanismen“, erklärt Käpylä.

Maarit Käpylä

Dr. Maarit Käpylä hat an der der Universität von Oulu in Finnland studiert und im Fachbereich Astronomie promoviert. Nach Forschungsaufenthalten in Newcastle, Toulouse und Kopenhagen, wurde sie 2005 Research Fellow der Academy of Finland an der Universität Helsinki. 2013 wechselt die 44-Jährige in die Abteilung „Computer Science“ der Aalto Universität, ebenfalls in Finnland. Ihr Team mit dem Namen „Dynamo“ war eine von fünf Forschungsgruppen des Konsortiums „ReSoLVE“, das 2014 die angesehene Auszeichnung des Finnish Center of Excellence erhielt. Seit 2016 leitet Dr. Käpylä die Forschungsgruppe „Solare und Stellare Magnetische Aktivität“ am Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Von mib/mpi