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Göttingen Sonnensystemforscher werten Sunrise-Aufnahmen aus
Campus Göttingen Sonnensystemforscher werten Sunrise-Aufnahmen aus
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16:26 23.09.2013
Zwei Sonnenflecken in der Nähe: Rechts die Struktur der  Chromosphäre deutlich erkennbar in der Sunrise-Aufnahme vom 16. Juni. Quelle: NASA/MPS
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Katlenburg-Lindau

Die Daten  des Sonnenobservatoriums Sunrise liefern erstmals hochaufgelöste Bilder dieser Region zwischen der sichtbaren Oberfläche der Sonne und ihrer Korona in ultraviolettem Licht. Intensiver als in früheren Aufnahmen zeigen sich in diesem Wellenlängenbereich nur einige hundert Kilometer große Strukturen.

Die Chromosphäre gibt Sonnenforschern noch immer Rätsel auf. Wie ist es möglich, dass dort im Schnitt die Temperatur mit zunehmendem Abstand vom Hitze spendenden Kern der Sonne um etwa 6000 Grad zunimmt?

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„Auf den ersten Blick widerspricht ein solcher Temperaturverlauf jedem physikalischen Verständnis“, sagt Prof. Sami K. Solanki, Leiter der Sunrise-Mission. „Vorgänge, die wir im Einzelnen noch nicht verstehen, müssen genügend Energie zur Verfügung stellen, um das Sonnenplasma derartig aufzuheizen“, sind nach Ansicht von Solanki für die gewaltige Energieumwandlung verantwortlich.

Ein entscheidendes Puzzleteil

Daten des Erstfluges von Sunrise 2009 vor vier Jahren hatten ergeben, dass akustische Wellen aus dem Inneren der Sonne einen beträchtlichen Teil dieser Energie bereitstellen. Zudem hat sich in den vergangenen Jahren gezeigt, dass die Chromosphäre sehr dynamisch ist: Heiße und kältere Regionen können sich durchmischen und sind ständig in Bewegung.

„Um das Rätsel zu lösen, ist es nötig, einen möglichst genauen Blick auf die Chromosphäre zu werfen – in allen zugänglichen Wellenlängenbereichen“, erklärt Solanki. Mit Kollegen des Kiepenheuer-Instituts für Sonnenphysik (Freiburg), des High Altitude Observatory (Boulder, USA) und des Instituto de Astrofísica de Andalucía (Granada, Spanien) ist es den MPS-Forschern nun gelungen, ein entscheidendes Puzzleteil hinzuzufügen: erste hochaufgelöste Beobachtungen der Chromosphäre in ultraviolettem Licht.

Größere Auflösung als Raumsonden

Möglich wurden diese Aufnahmen durch das Sonnenobservatorium Sunrise, das von einem Helium-Ballon getragen aus einer Höhe von mehr als 37 Kilometern seinen Blick auf die Sonne richtet. In dieser Flughöhe hat Sunrise den Großteil der Erdatmosphäre unter sich gelassen.

Diese Luftschichten „schlucken“ die ultraviolette Strahlung der Sonne und machen sie so für erdgebundene Teleskope unzugänglich. Anfang Juni startete Sunrise aus dem nordschwedischen Kiruna zum fünftägigen Flug nach Nord-Kanada.

Sunrise-Aufnahmen haben eine größere Auflösung als die von Raumsonden. Und der Sunrise Filter Imager, eines der beiden wissenschaftlichen Instrumente des Observatoriums, ist in der Lage, aus der Sonnenstrahlung ultraviolette Anteile bestimmter Wellenlängen herauszufiltern – etwa Strahlung mit einer Wellenlänge von 279,6 Nanometern.

Komplexes Bild der Chromosphäre

„Nur die Magnesium-Atome in der Chromosphäre emittieren diese Strahlung“, erklärt Dr. Tino Riethmüller vom MPS, Erstautor der neuen Studie.

Die neuen Daten zeichnen ein komplexes Bild der Chromosphäre: Dort, wo die Sonne inaktiv und ruhig ist, zeigen sich dunkle Bereiche mit einem Durchmesser von einigen tausend Kilometern umgeben von hellen Rändern.

Dieses Muster entsteht durch die gewaltigen Plasmaströme, die aus dem Innern der Sonne aufsteigen, an ihrer Oberfläche abkühlen und wieder hinabsinken.

Weitere neue Erkenntnisse

Auffällig sind helle Punkte, die vereinzelt aufblitzen. In den ultravioletten Aufnahmen treten sie deutlich kontrastreicher zu Tage als zuvor. Wissenschaftler glauben, dass die hellen Punkte auf einzelne magnetische Flussröhren in der Photosphäre, die Grundbausteine des solaren Magnetfeldes, hinweisen. Das Magnetfeld ist von besonderem Interesse, da es für die gesamte Aktivität der Sonne verantwortlich ist.

Neben diesen ruhigen Bereichen der Sonne richteten die Forscher ihren Blick auch auf Regionen in direkter Nachbarschaft zu Sonnenflecken. Solche zum Teil riesigen, dunklen Strukturen überziehen die sichtbare Oberfläche der Sonne besonders zahlreich in Zeiten hoher Sonnenaktivität.

„Dort zeigen sich in unseren Aufnahmen helle, langgezogene Strukturen, so genannte Fibrillen“, so Riethmüller. Die neuen Ergebnisse „zeigen, dass die ultraviolette Strahlung aus der Chromosphäre hervorragend geeignet ist, um feine Strukturen und Prozesse sichtbar zu machen.“ Die Forscher hoffen, dass die bevorstehenden Auswertungen der Sunrise-Daten weitere neue Erkenntnisse liefern.

jes/eb