Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein neuer Blick auf das Magnetfeld der Sonne

20.03.2015

Max-Planck-Forscher finden heraus, wie sich die Stärke eines kommenden Aktivitätszyklus vorhersagen lässt

Sonnenflecken, Strahlungsausbrüche und heftige Eruptionen sind Anzeichen für eine permanente Aktivität unserer Sonne. Wie Forscher schon seit langem wissen, schwankt diese in einem Zyklus von etwa elf Jahren Länge.


Stürmischer Stern: Die Sonne gleicht einem gigantischen Gasball, dessen Aktivität von starken Magnetfeldern getrieben wird. Diese Aufnahme gewann der NASA-Satellit Solar Dynamics Observatory.

© NASA/SDO and the AIA, EVE, and HMI science teams

Auch wenn noch viele Fragen offen sind, so steht eines fest: Hinter der vielfältigen Aktivität stecken Magnetfelder, die aus dem Innern unseres Tagesgestirns an die Oberfläche treten. Robert Cameron und Manfred Schüssler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen haben jetzt nachgewiesen, dass man allein aus der Beobachtung der magnetischen Vorgänge an der Oberfläche den inneren Mechanismus erschließen kann. Das ermöglicht sogar Vorhersagen über die Stärke eines kommenden Aktivitätszyklus.

Die Sonne ist ein riesiger Gasball, in dessen Innern heiße Gase strömen, aufsteigen und absinken. In diesem Inferno entsteht ein Magnetfeld, das in seiner Grundstruktur jenem der Erde ähnelt. Es besitzt die Form eines Dipols, dessen Magnetfeldlinien an den Sonnenpolen die Oberfläche durchstoßen.

Die Magnetfelder sind jedoch an das heiße, elektrisch leitende Gas gebunden und werden von ihm in komplizierter Weise gedehnt und verzogen – wie Gummibänder in Honig, den man rührt. So wird eine anfänglich zur Rotationsachse parallel verlaufende Magnetfeldlinie von dem rotierenden Gas mitgeschleppt.

Das Gas in der Äquatorregion bewegt sich jedoch wesentlich schneller als in mittleren und hohen Breiten. Dadurch werden die Feldlinien im Äquatorbereich in die Länge gezogen und wickeln sich im Laufe von mehreren Umdrehungen regelrecht auf: Es bildet sich ein ringförmiges Magnetfeld in Ost-West-Richtung, auch Toroidalfeld genannt.

Diese Magnetfeldlinien können sich zu dicken Bündeln vereinigen, die nach oben steigen, bis sie schließlich aus der Oberfläche austreten und eine Schlaufe formen. An den beiden Durchstoßpunkten entstehen die bekannten dunklen Sonnenflecken. Diese treten deshalb meistens paarförmig in Ost-West-Richtung auf und bilden jeweils einen magnetischen Nord- und Südpol. Innerhalb eines elfjährigen Zyklus ist die magnetische Orientierung bei allen Flecken identisch. Das Toroidalfeld besitzt also immer dieselbe Richtung.

„Bisher waren viele Fachleute der Meinung, dass die nach außen in Erscheinung tretenden magnetischen Phänomene lediglich die Symptome der inneren Vorgänge sind“, sagt Manfred Schüssler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen. „Wir haben nun aber einen mathematischen Satz angewandt, den der irische Mathematiker und Physiker George Gabriel Stokes im 19. Jahrhundert bewiesen hat.“

Dieser Satz stellt einen Zusammenhang zwischen den Feldern an der Oberfläche und dem Innern eines Körpers her. Mit diesem rein mathematischen Argument haben die Wissenschaftler bewiesen, dass das an der Oberfläche der Sonne messbare Magnetfeld die einzige Quelle für das geordnete toroidale Feld im Sonneninnern ist, durch das wiederum die Aktivitätsphänomene des nachfolgenden Elf-Jahres-Zyklus bewirkt werden. „Was wir an der Oberfläche sehen, ist das relevante Feld“, sagt Schüssler. „Die Oberflächenphänomene sind, bildlich gesprochen, nicht der Schwanz des Hundes, sondern sie sind der Hund selbst.“

Im Vergleich mit Beobachtungsdaten konnten Robert Cameron und Manfred Schüssler zeigen, dass das Dipolfeld die bei Weitem dominierende Quelle des toroidalen Feldes ist. Damit haben sie ein Modell bestätigt, das die amerikanischen Astronomen Horace Babcock und Robert Leighton bereits in den 1960er-Jahren aufgestellt hatten.

Das ermöglicht es nun zudem, Vorhersagen über die Stärke eines kommenden Aktivitätszyklus zu machen. Im Verlaufe eines Elf-Jahres-Zyklus wechselt das Dipolfeld seine Richtung: Der magnetische Nordpol wird zum Südpol und umgekehrt. Das neue Dipolfeld erreicht seine maximale Stärke etwa in der Phase minimaler Sonnenaktivität.

Da das Dipolfeld die Quelle für das Toroidalfeld des nächsten Zyklus ist, sollte seine Stärke ein Maß für die Aktivität des nächsten Zyklus sein. Eine solche Korrelation wurde bereits festgestellt: „In der Phase des letzten Minimums um das Jahr 2009 herum war die Stärke des Dipolfeldes verhältnismäßig gering, dementsprechend schwach ist auch der jetzige Zyklus“, so Schüssler.

Zukünftig wird sich die Vorhersagekraft weiter überprüfen lassen. Bisher ist es nämlich sehr schwierig, die Stärke des Dipolfeldes zu messen, weil die Sonnenpole von der Erde kaum einsehbar sind. Das soll sich ändern, wenn 2017 der Solar Orbiter startet. Dieses Sonnenteleskop wird sich der Sonne bis auf ein Drittel des Abstandes Erde-Sonne nähern und sich auch über die Erdbahnebene hinaus erheben. Damit eröffnet es den Blick auf die Polregionen. Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung ist am Bau von vier Instrumenten an Bord des Solar Orbiter beteiligt, bei der Kamera namens Polarimetric and Helioseismic Imager hat es die Federführung.


Ansprechpartner

Dr. Birgit Krummheuer
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Telefon: +49 551 384979-462
E-Mail: krummheuer@mps.mpg.de
 
Dr. Robert Cameron
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Telefon: +49 551 384979-449
E-Mail: Cameron@mps.mpg.de

Prof. Dr. Manfred Schüssler
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Telefon: +49 551 384979-469
E-Mail: schuessler@mps.mpg.de


Originalpublikation
Robert Cameron, Manfred Schüssler


The crucial role of surface magnetic fields for the solar dynamo

Science Bd. 347, S. 1333, 10.1126, science.1261470, 20. März 2015

Dr. Birgit Krummheuer | Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/9054527/ein-neuer-blick-auf-das-magnetfeld-der-sonne

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik