SOLAR ORBITER
Die Sonnenkorona und ihre Lagerfeuer
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
astronews.com
28. April 2021

Zu den bislang spannendsten Entdeckungen der ESA-Raumsonde Solar Orbiter gehören kleine, hell aufleuchtende Regionen in der heißen Sonnenkorona, die anderen Raumsonden bisher entgangen waren. Die Mini-Strahlungsausbrüche wurden mit dem Extreme-Ultraviolet Imager (EUI) aufgespürt und könnten die hohe Temperatur der Sonnenkorona erklären helfen.

Auf den ersten Bildern des Extreme-Ultraviolet Imager an Bord der ESA-Sonde Solar Orbiter waren auch kleine, hell aufleuchtende Regionen in der heißen Sonnenkorona zu sehen, die bislang nicht beobachtet worden waren. Bild: Solar Orbiter / EUI Team / ESA & NASA; CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL / MSSL  [Großansicht]

Streng genommen ist das Solar-Orbiter-Instrument Extreme-Ultraviolet Imager (EUI) noch gar nicht im Dienst. Regelmäßige wissenschaftliche Messungen sind erst ab Ende dieses Jahres vorgesehen, wenn die Raumsonde ihre anvisierte, stark ellipsenförmige Umlaufbahn um die Sonne erreicht haben wird. Doch schon die Daten, die während der technischen Inbetriebnahme des Instrumentes im vergangenen Jahr abfielen, wurden mit Spannung erwartet. Schließlich zeigen die 50 Bilder, die EUI auf etwa halbem Weg zwischen Erde und Sonne aufgenommen hat, die heiße, äußere Hülle der Sonne, die sogenannte Korona, in bisher nahezu unerreichter Detailschärfe.

Darin zu erkennen sind zwischen 400 und 4000 Kilometer große Bereiche, die für kurze Zeit extrem kurzwelliges ultraviolettes Licht hoher Intensität abstrahlen. In den Aufnahmen erscheinen sie als winzige, helle Flecken. "Größere Strahlungsausbrüche dieser Art kennen wir bereits aus den Messdaten anderer Raumsonden", ordnet Dr. Udo Schühle vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), der zum Führungsteam von EUI gehört, die Beobachtungen ein. "Die kleinsten haben wir nun zum ersten Mal gesehen."

Die EUI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler bezeichnen die hell aufblitzenden Bereiche als "Lagerfeuer". Die Eigenschaften von 1500 solcher Lagerfeuer hat das Team unter Leitung von Dr. David Berghmans von der Königlichen Sternwarte von Belgien nun untersucht und bietet damit die bisher umfassendste Charakterisierung des Phänomens. Demnach dauern die Strahlungsausbrüche nicht mehr als wenige Minuten an.

"Sie erreichen Temperaturen von mehr als eine Million Grad; viele haben eine längliche, gebogene Form", beschreibt MPS-Wissenschaftler Dr. Luca Teriaca aus dem EUI-Team. Zudem konnten die Forscherinnen und Forscher für einige der Lagerfeuer berechnen, dass sie in der unteren Sonnenkorona, also etwa 1000 bis 5000 Kilometer über der sichtbaren Oberfläche der Sonne, auftreten. Dafür wertete das EUI-Team weniger hoch aufgelösten Aufnahmen der NASA-Sonde Solar Dynamics Observatory aus, die zeitgleich entstanden und die die Lagerfeuer aus einem zweiten Blickwinkel zeigen.

Die Region zwischen der unteren und der oberen Sonnenatmosphäre fasziniert Sonnenphysikerinnen und Sonnenphysiker seit Langem. Dort steigt die Temperatur sprunghaft an: von einigen tausend auf mehr als eine Million Grad. Nach wie vor ist ungeklärt, welche Prozesse die dafür notwendige Energie liefern. Verschiedene Wellenphänomene, Spikulen, magnetische Prozesse und Strahlungsausbrüche sind nur einige der Verdächtigen. "Wie wir jetzt sehen, kommen die kleinsten, bisher unentdeckten Strahlungsausbrüche deutlich häufiger vor als die größeren", erklärt EUI-Teammitglied Dr. Regina Aznar Cuadrado vom MPS. "Es könnte sein, dass ihr Einfluss auf die Koronaheizung bisher unterschätzt wurde", fügt sie hinzu.

"Um zu bewerten, welche Rolle die Lagerfeuer wirklich spielen, müssen wir zunächst verstehen, welche physikalischen Prozesse ihnen zugrunde liegen", sagt MPS-Wissenschaftler Prof. Dr. Hardi Peter, einer der Autoren einer zweiten Studie, die demnächst erscheinen wird. Im Computermodell simulierte die Gruppe das Zusammenspiel aus heißem Plasma und Magnetfeldern im Bereich zwischen der Oberfläche der Sonne bis hin zur Korona und berechnete dann, wie sich ihre künstlich geschaffene Sonnenatmosphäre in Messungen von EUI darstellen würden. "Ganz gezielt haben wir die Perspektive von EUI eingenommen, um unsere Rechnungen mit den aktuellen Messdaten in Beziehung zu setzen", so Yajie Chen, der an der Universität Peking und am MPS forscht.

Auch in der simulierten Sonnenatmosphäre blitzen die kleinen Lagerfeuer auf. Die hellsten von ihnen unterzogen die Forscher einer eingehenden Prüfung und schauten besonders genau auf ihre Umgebung: Welche Prozesse spielen sich dort ab? Wie verändern sich die magnetischen Eigenschaften der Sonnenatmosphäre dort? In den meisten Fällen entstehen die Strahlungsausbrüche, wenn sich zwei Bündel beinahe gleich gerichteter magnetischer Feldlinien, die bogenförmig in die Sonnenatmosphäre ragen, kreuzen und wechselwirken. An ihrer Schnittstelle wird genug Energie frei, das Sonnenplasma dort auf mehr als eine Million Grad zu heizen.

"Die Lagerfeuer, die EUI misst, sind sozusagen nur die sichtbare Spitze des Eisbergs", beschreibt Peter. Auslöser sind Umstrukturierungen im Magnetfeld der Sonne, die sich unterhalb abspielen. Durchaus denkbar ist, dass die Korona noch kleinere Strahlungsausbrüche kennt, die weder EUI noch die Computersimulationen derzeit abbilden können. Wie stark kleine und kleinste Lagerfeuer zur Heizung der Korona beitragen, hänge jedoch nicht allein von ihrer Häufigkeit ab, so Peter. Ebenso wichtig sei, wie viel Energie sie zur Gesamtenergiebilanz der Korona beitragen. Dieser Frage wollen die Forscher in ihren nächsten Simulationen nachgehen.

Die Ergebnisse wurden jetzt auf der Jahrestagung der European Geosciences Union vorgestellt und werden in zwei Fachartikeln in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.