Göttinger Forscherteam veröffentlicht Studie zu Plasmaströmen

Forschern des Max-Planck-Institutes für Sonnensystemforschung (MPS), der Universität Göttingen und der New York University Abu Dhabi ist es gelungen, das bisher umfassendste Bild meridionaler Plasmaströme in der Konvektionszone zu zeichnen, heißt es in einer Pressemitteilung des MPS. In der Konvektionszone der Sonne vollführen die Plasmaströme in Nord-Süd-Richtung der beiden Hemisphären jeweils einen gewaltigen Umlauf, der 22 Jahre lang dauert. Das heiße Plasma in der Konvektionszone der Sonne, die von der Oberfläche unseres Sterns bis in die Tiefe von 200000 Kilometern reicht, ist ständig in Bewegung. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Ströme eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung des globalen Magnetfeldes der Sonne spielen. Während es einfacher ist, zu beobachten, wie sie an der Sonnenoberfläche verlaufen, stellen die Plasmabewegungen tief im Innern der Konvektionszone eine Herausforderung dar. Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Science“: Das Forscherteam berichtet von seinen Ergebnissen nun in der Fachzeitschrift „Science“. Sie finden eine einfache Strömungsgeometrie: Das Plasma beschreibt in jeder Hemisphäre einen einzigen Umlauf, der etwa 22 Jahre dauert. Das erklärt die elfjährige Dauer des Sonnenzyklus. Die in Richtung Äquator verlaufende Strömung am Boden der Konvektionszone sorgt zudem dafür, dass Sonnenflecken im Laufe des Sonnenzyklus immer näher am Äquator entstehen. „Im Laufe des Sonnenzyklus wirken die Plasmaströme in Nord-Süd-Richtung wie eine Art Förderband, das die Magnetfelder mitreißt und so die Dauer eines Zyklus bestimmt“, erklärt Prof. Dr. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor des MPS und Erstautor der neuen Studie. Außerdem fügt er hinzu: „Die genaue Geometrie und Amplitude der Plasmabewegungen im Sonneninnern sichtbar zu machen, ist für das Verständnis des solaren Magnetfeldes entscheidend.“ Forschungsteam nutzt Helioseismologie: Um die Plasmaströme unterhalb der Sonnenoberfläche nachzuverfolgen, nutzten Gizon und sein Team in der Studie die Methode der Helioseismologie. Die hat eine ähnliche Bedeutung für die Sonnenphysik wie Seismologie für die Geophysik. Helioseismologen nutzen Schallwellen, um das Sonneninnere zu erforschen. In der Studie betrachten Gizon und sein Team Schallwellen, die sich durch das Sonneninnere in Nord-Süd-Richtung ausbreiten. Plasmaströme im Innern der Sonne verlaufen, stören und verändern die Wellen: In Strömungsrichtung breiten sie sich schneller aus, in entgegengesetzte Richtung langsamer. „Im Sonneninnern sind die Plasmaströme in Nord-Süd-Richtung viel langsamer als solche, die in anderen Richtungen verlaufen wie etwa die differenzielle Rotation der Sonne“, so Gizon. In der gesamten Konvektionszone erreichen die Nord-Süd-Ströme Geschwindigkeiten von höchstens 50 Kilometern pro Stunde, dem Höchstwert an der Oberfläche. „Um das Rauschen in den helioseismischen Messdaten zu reduzieren, ist es deshalb notwendig, die Messungen über lange Zeiträume zu mitteln“, erklärt Dr. Zhi-Chao Liang vom MPS. Ein Umlauf des Plasmas um die Hemisphäre dauert 22 Jahre: Gizon und sein Team konnten zeigen, dass die Plasmaströme am Boden der Konvektionszone mit einer Geschwindigkeit von 15 Kilometern pro Stunde zum Äquator fließen. An der Oberfläche strömt das Plasma in Richtung der Pole und erreicht Geschwindigkeiten von 50 Kilometern pro Stunde. Somit ergibt sich, dass das Plasma in jeder Hemisphäre einen einzigen Umlauf beschreibt. Die Dauer eines solchen Umlaufs beträgt etwa 22 Jahre, was die physikalische Erklärung für den elfjährigen Sonnenzyklus liefert. Von Pascal Wienecke