Erstes Tagebuch einer Sonneneruption

Gewaltige Sonneneruptionen schleudern immer wieder riesige Energiemengen in Form von Strahlung und geladenen Teilchen ins All. Auf der Erde können diese Ausbrüche zu Stromausfällen führen oder Satelliten beschädigen. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau haben nun erstmals über mehrere Tage verfolgt, wie sich diese Energie in der Sonnenatmosphäre aufbaut und in einer Eruption entlädt. Die Ergebnisse der Forscher könnten dazu beitragen, in Zukunft heftige Strahlungs- und Teilchenausbrüche vorherzusagen. (Astronomy & Astrophysics 9508, 2008)

Zeitliche und örtliche Schwankungen des Magnetfeldes sind für diese Ausbrüche in der äußersten Atmosphärenschicht der Sonne verantwortlich, der sogenannten Korona. Was sich dort aber genau abspielt, war bisher aber nur teilweise erforscht und aus einfachen Modellen bekannt. Die Max-Planck-Forscher konnten nun erstmals mit einer von ihnen neu entwickelten Methode den Zeitverlauf der Magnetfelder für zwei Ausbrüche mit größerer Genauigkeit rekonstruieren. Dabei bestätigte sich die Annahme, dass sich ein solches Ereignis schon im Vorfeld ankündigt. Im Fall starker Eruptionen deutet das Magnetfeld schon Tage vorher auf einen Ausbruch hin.

„In den Magnetfeldern baut sich die Energie über mehrere Tage hinweg auf und wird in starken elektrischen Strömen gespeichert“, erklärt Thomas Wiegelmann. Ein Teil dieser Energie wird bei der Eruption in Bewegungsenergie umgewandelt und freigesetzt. Zurück bleiben ein Magnetfeld geringerer Energie und schwächere elektrische Ströme.

Da Messungen des Magnetfeldes der Korona nur schwer möglich sind, entschieden sich die Forscher bei ihren Untersuchungen für einen Umweg, der auf der Oberfläche der Sonne beginnt. Denn in der Photosphäre, der sichtbaren Oberfläche der Sonne, ist das Magnetfeld den Messungen zugänglich. Solche Daten liefern etwa Messungen mit den bodengebundenen Instrumenten „Solar Flare Telescope“ in Tokio und SOLIS (Synoptic Optical Long-term Investigations of the Sun) in Kitt Peak, Arizona. Mithilfe mathematischer Modelle konnten die Forscher aus diesen Messergebnissen nun die Magnetfelder der Korona berechnen.

„Die heftigste Eruption, die wir untersucht haben, ereignete sich am 20. Januar 2004“, sagt Julia Thalmann. Die Rechnungen zeigen, dass dieser Ausbruch innerhalb einer halben Stunde eine Energiemenge freisetzte, die dem Hunderttausendfachen des jährlichen Weltprimärenergieverbrauchs (wie hoch ist dieser?) entspricht. Zudem untersuchten die Wissenschaftler einige weniger starke Eruptionen, die 2007 gemessen wurden. Hier zeigte sich ein ähnlicher zeitlicher Verlauf. Die Menge der freigesetzten Energie war hier jedoch um eine Größenordnung kleiner.

Weitere Untersuchungen, die Daten des Weltraumteleskops SDO (Solar Dynamics Observatory) verwenden, sind geplant. Der SDO-Satellit soll 2009 ins All starten und Daten in nie da gewesener zeitlicher und räumlicher Auflösung liefern.

Originalveröffentlichung:

J.K. Thalmann, T. Wiegelmann
Evolution of the flaring active region NOAA 10540 as a sequence of nonlinear force-free field extrapolations

Astronomy & Astrophysics 9508 (2008)