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Sonnenflecken im Computer
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
astronews.com
19. Mai 2017
Wie entstehen Sonnenflecken, also jene dunklen Bereiche mit
starken Magnetfeldern auf der Sonnenoberfläche, deren Häufigkeit auch etwas über
die Aktivität der Sonne verrät? Ein Forschungsprojekt hat nun Rechenzeit auf
einem Supercomputer bekommen, um die Entstehung dieses Phänomens genauer
untersuchen zu können. Die Wissenschaftler erhoffen sich neue Einsichten in die
Prozesse auf der Sonne.
Magnetische Flecke in der Nähe der
Sonnenoberfläche berechnet mithilfe einer
Computersimulation.
Bild: Petri Käpylä [Gesamtansicht] |
Das SPOTSIM-Projekt, das die Entstehung von Sonnenflecken untersucht, hat
sich bei der Initiative PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe)
erfolgreich um Rechenzeit auf dem Supercomputer Mare Nostrum in Spanien
beworben. Die vergebenen Ressourcen belaufen sich auf 20 Millionen CPU-Stunden;
das entspricht einer Rechenzeit von etwa 500 Jahren auf einem normalen Laptop.
Die Forschergruppe, zu der Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für
Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Aalto-Universität in Finnland
gehören, erhofft sich Erkenntnisse darüber, welche Rolle turbulente Plasmaflüsse
im Inneren der Sonne bei der Entstehung von Sonnenflecken spielen.
Sonnenflecke sind dunkle Bereiche starker Magnetfeldstärke auf der sichtbaren
Oberfläche der Sonne, der Photosphäre. Einem etwa elfjährigen Zyklus folgend,
überziehen diese Gebiete unseren Stern mal mehr, mal weniger zahlreich. In
Phasen, in denen viele Sonnenflecke zu sehen sind, ist die Sonne besonders
aktiv.
Ein tieferes Wissen davon, wo und wie Sonnenflecken entstehen, könnte
Wissenschaftlern helfen zu verstehen, welche Prozesse die Sonnenaktivität
antreiben. Derzeit gibt es zwei konkurrierende Modelle, die beschreiben, wie
Sonnenflecke entstehen. Der einen Theorie zufolge bilden schmale, röhrenartige
Strukturen am unteren Rand der Konvektionszone in einer Tiefe von 200.000
Kilometern die Grundbausteine der solaren Magnetfelder. Dort, wo die Röhren die
Oberfläche der Sonne eruptiv durchbrechen, bilden sich Sonnenflecken.
"Dieses Modell berücksichtigt keine Turbulenzen", erklärt Maarit Käpylä vom
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und der Aalto Universität in
Finnland. Im Modell, das Gegenstand des SPOTSIM-Projektes ist, nehmen die
Forscher an, dass Sonnenflecke in der Nähe der Oberfläche unseres Sterns in der
Konvektionszone entstehen. "In der Meteorologie geht man davon aus, dass
Bereiche in der Erdatmosphäre mit niedrigem Druck durch Luftströmungen aus der
Umgebung gefüllt werden. Wir glauben, dass es in der Konvektionszone der Sonne
ähnliche Gebiete turbulenten und magnetischen Drucks gibt, die aufgrund des
großflächigen Magnetfeldes verändert werden", fügt Petri Käpylä vom
Leibniz-Institut für Astrophysik in Deutschland und der Aalto-Universität hinzu.
Als Folge kann das Plasma kollabieren, so dass die Stärke der Magnetfelder
stellenweise zunimmt – und die Bildung von Sonnenflecken beginnen kann. Die
Simulationen, die zum Modellieren dieser Prozesse notwendig sind, sind
außergewöhnlich groß: Ein Datenwürfel in einer Simulation umfasst etwa 700
Gigabyte; eine Simulation erzeugt jeweils zehn Datenwürfel. Die SPOTSIM-Partner
hoffen nun, mit Hilfe des Mare Nostrum Supercomputers neue Einsichten zu
gewinnen.
Das neue Modell würde die Dynamo-Theorie der Sonne als Ganzes beeinflussen
sowie das Verständnis, das wir von der Entstehung und Entwicklung des
Sonnenmagnetfeldes haben. Wenn sie erfolgreich sind, könnten die Berechnungen
ein Schritt in Richtung eines Gesamtbildes der Sonne sein, das Weltraumwetter
und den Einfluss auf das Erdklima einschließt.
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