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Kleinste Wirbel auf der Sonnenoberfläche entdeckt
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung
astronews.com
6. August 2026
Beobachtungen des Daniel K. Inouye Solar Telescope
sowie Computersimulationen haben jetzt kleinste Wirbel an der Sonnenoberfläche
enthüllt, die noch nie zuvor zu sehen waren. Die Entdeckung könnte helfen zu
verstehen, wie sich Energie im Magnetfeld der Sonne aufstaut, um sich dann
explosiv zu entladen. Die Forschenden werten die Wirbel als Anzeichen von
Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten.
Das bisher höchstaufgelöste Bild der
Sonnenoberfläche (Photosphäre), aufgenommen bei
einer Wellenlänge von 416 Nanometern mit dem
Inouye Solar Telescope. An den Rändern der
Sonnengranulen zeigen sich fransenartige
Strukturen, die sich stellenweise verwirbeln.
Bild: NSF / NSO / AURA / MPS [Großansicht] |
Forschenden des US-amerikanischen National Solar Observatory (NSO)
der National Science Foundation (NSF), des Max-Planck-Instituts für
Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und des ebenfalls US-amerikanischen
High Altitude Observatory (HAO) ist eine bahnbrechende Entdeckung auf dem
Gebiet der Sonnenphysik gelungen. Neue Aufnahmen der Sonnenoberfläche mit Hilfe
des weltgrößten Sonnenteleskops, des NSF Daniel K. Inouye Solar Telescope,
das vom NSO auf Hawaii gebaut wurde und betrieben wird, sowie hochaufwändige
Computersimulationen zeigen winzige Plasmawirbel, die noch nie zuvor sichtbar
gemacht wurden.
"Um die Wirbel erkennen zu können, müssen Strukturen von etwa 20 Kilometern
Größe auf der Sonnenoberfläche aufgelöst werden. Das ist an der Grenze dessen,
was selbst das weltgrößte Sonnenteleskop und modernste Simulationen leisten
können", so MPS-Wissenschaftler Michiel van Noort, der zu den Beobachtungen auf
Hawaii beigetragen hat sowie für Datenreduktion und Bildrekonstruktion
verantwortlich war. Die Forschenden nutzen eine Breitband-Kamera des MPS.
Die Wirbel treten an den Rändern zwischen sogenannten Granulen auf, welche
die sichtbare Oberfläche der Sonne dicht an dicht überziehen. Sie messen
zwischen 500 und 2000 Kilometern im Durchmesser. In ihrer Gesamtheit bilden sie
die Granulation der Sonne: ein Muster, das an die blubbernden Blasen in einer
siedenden Flüssigkeit erinnert. In der Tat rührt die Granulation von
Plasmaströmen her, die aus dem heißen Innern der Sonne aufsteigen, sich abkühlen
und wieder in die Tiefe sinken. In der neuen Studie gelingt es nun erstmals,
ausgefranst wirkende Strukturen an den Rändern der Granulen sichtbar zu machen,
die sich immer wieder stellenweise verwirbeln – und dabei anmuten wie sich
brechende Meereswellen. Die "Fransen" sind zum Teil kaum mehr als 20 Kilometer
breit. Diese feinen Strukturen aufzulösen, ist vergleichbar damit, eine
Ein-Euro-Münze aus einer Entfernung von 180 Kilometern zu erkennen.
Die Forschenden werten die wirbelartigen Plasmaströme als Anzeichen von
Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten. Dies ist ein bekannter Effekt aus der
Fluiddynamik. Er tritt auf, wenn zwei Fluide mit verschiedenen Geschwindigkeiten
aneinander vorbeiströmen. Dabei kommt es an der Grenzfläche zu Scherkräften,
durch die kleinste Störungen zu wellen- oder wirbelartigen Strömen anwachsen
können. Der Effekt kommt in unterschiedlichsten Bereichen und auf verschieden
Größenskalen zum Tragen, etwa an der Oberfläche von Seen oder bei Meereswellen,
bei der Wolkenbildung, in den Atmosphären der riesigen Gasplaneten Jupiter und
Saturn sowie bei der Wechselwirkung des Sonnenwindes mit den Magnetosphären von
Planeten. Offenbar entstehen auch an den Rändern der Sonnengranulen Bereiche, in
denen aneinander angrenzende Plasmaschichten mit verschiedenen Geschwindigkeiten
strömen und so die notwendigen Voraussetzungen für
Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten schaffen.
Die nun entdeckten, winzigen Plasmawirbel auf der Sonne erlauben einen völlig
neuen Blick auf Prozesse, durch welche die Sonne Energie in ihrem Magnetfeld
speichert und freisetzt, etwa in Form kleinster Strahlungsausbrüche, sogenannter
Nano-Flares. Gemäß der gängigen Theorie baut die Sonne magnetische Energie auf,
in dem sich Magnetfeldlinien verdrillen und verdrehen – ähnlich wie die
mechanische Energie, die in einer eng gewunden Metallfeder gespeichert ist. So
entsteht eine sehr energiereiche, aber auch instabile Magnetfeld-Architektur.
Die aufgestaute Energie kann sich schlagartig entladen. Dabei reißen die
verdrillten Magnetfeldlinien auf und verbinden sich neu. Der Vorgang wird als
"magnetische Rekonnektion" bezeichnet.
Allerdings war bisher unklar, wodurch sich die Magnetfeldlinien überhaupt
verdrillen. Die neue Entdeckung könnte einen Teil der Antwort auf diese Frage
liefern. Da die Wirbel offenbar ständig und überall dort auftreten, wo das
Magnetfeld stark genug ist, könnten sie der Motor sein, der das Verdrillen
routinemäßig in Gang setzt. Die Auswertungen zeigen zudem, dass die Mini-Wirbel
magnetisiertes und nicht-magnetisiertes Plasma an der Sonnenoberfläche effizient
vermischen. Dies könnte dazu beitragen, dass sich das Magnetfeld von der
Oberfläche rasch in die Atmosphäre der Sonne ausbreitet und dort diffundiert.
Getrieben von Veränderungen im Magnetfeld der Sonne schwankt die Aktivität
unseres Sterns in einem elfjährigen Rhythmus – und damit im kosmischen Maßstab
außergewöhnlich schnell. Ein solch rascher Wechsel im magnetischen "Grundgerüst"
der Sonne ist nur möglich, wenn magnetischer Fluss effizient durch die
Sonnenatmosphäre "abtransportiert" werden kann. Bisherige Modelle können eine
solch schnelle Diffusion nicht erklären. Auch in dieser Frage könnten die neu
entdeckten Wirbel unser Verständnis einen entscheidenden Schritt voranbringen.
"Die neu entdeckten Plasmawirbel zeigen auf beeindruckende Weise, wie kleinste
Prozesse – an der Grenze dessen, was wir mit allen Mitteln der Kunst auflösen
können - maßgeblich das Wesen unseres Sterns bestimmen", so Sami K. Solanki,
Direktor des MPS.
Über ihre Entdeckungen berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift Nature erschienen ist.
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