Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wechselnder Sonnenschein

23.08.2017

Max-Planck-Forscher erklären, weshalb die Helligkeit unseres Tagesgestirns schwankt

Scheinbar ruhig und gleichmäßig strahlt die Sonne vom Himmel. Doch es brodelt auf ihr und sie scheint auch nicht immer mit gleichmäßiger Helligkeit. Für diese Schwankungen sind allein zwei Phänomene ursächlich: die Magnetfelder an der sichtbaren Oberfläche sowie gewaltige Plasmaströme, die aus dem Innern des Sterns emporbrodeln.


Die Plasmaströme im Innern der Sonne erzeugen an ihrer Oberfläche ein charakteristisches Muster: die Granulation. Helle und dunkle Bereiche dieses Musters verändern sich schnell. Die Granulation verursacht vor allem Helligkeitsschwankungen, die sich innerhalb von weniger als fünf Stunden vollziehen. Dieses Bild der Granulation wurde im Jahr 2009 vom Instrumente IMaX des ballongetragenen Sonnenobservatoriums Sunrise aufgenommen.

© MPS


Langfristige Helligkeitsschwankungen der Sonne werden von ihren veränderlichen Magnetfeldern verursacht. An der Oberfläche des Sterns machen sie sich unter anderem durch dunkle Gebiete, Sonnenflecken genannt, bemerkbar.

© NASA/SDO

Zu diesem Ergebnis kommt ein Team unter Leitung des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung. Den Wissenschaftlern gelang es erstmals, Helligkeitsschwankungen auf allen bisher beobachteten Zeitskalen zu rekonstruieren – von Minuten bis zu Jahrzehnten.

Die neuen Erkenntnisse sind nicht nur für die Klimaforschung wichtig, sondern lassen sich auch auf ferne Sterne übertragen. Und sie könnten zukünftig die Suche nach Exoplaneten erleichtern.

Zieht ein Exoplanet an seinem Zentralstern vorüber, verdunkelt sich dieser für kurze Zeit. Selbst aus einer Entfernung von vielen Lichtjahren registrieren Weltraumteleskope diese Veränderung – und spüren somit den Exoplaneten auf. In der Theorie. In der Praxis ist dies komplizierter, denn ähnlich wie die Helligkeit der Sonne schwankt auch diejenige vieler Sterne.

Und diese Fluktuationen können die Signale vorbeiziehender Exoplaneten überdecken. „Wenn man allerdings die Helligkeitsänderungen, die dem Stern selbst zu eigen sind, genau kennt, lassen sich Exoplaneten mit hoher Genauigkeit aufspüren“, sagt Alexander Shapiro vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Einen ersten Schritt in diese Richtung gehen Shapiro und seine Kollegen in ihrem aktuellen Beitrag in der Zeitschrift Nature Astronomy – mit einem genauen Blick auf einen besonderen Stern: unsere Sonne. Seit Beginn des Weltraumzeitalters liefern viele Sonden detaillierte Messdaten aus vergleichsweise großer Nähe zum Tagesgestirn.

Diese Daten stellen jedes Modell, das stellare Helligkeitsschwankungen beschreibt, auf eine harte Probe: Lassen sich die gemessenen Schwankungen mit dem Modell rekonstruieren? Und ist es möglich, die Schwankungen auf physikalische Eigenschaften des Sterns zurückzuführen?

Eine besondere Schwierigkeit dabei: Die Helligkeit unserer Sonne variiert auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen. Einige Schwankungen vollziehen sich innerhalb weniger Minuten; andere, die sich etwa auf das langfristige Klimageschehen auf der Erde auswirken, können die Forscher erst im Verlauf von Jahrzehnten registrieren. Eine stimmige Theorie, die all diese Größenordnungen umfasst, fehlte bisher.

Der neuen Studie gelingt genau dieses Kunststück. Sie beweist, dass nur zwei Phänomene bestimmen, wie hell unser Stern leuchtet. Zum einen sind dies die heißen Plasmaströme, die aus dem Innern des Gasballs aufsteigen, abkühlen und wieder in die Tiefe sinken. Das aufsteigende heiße Material leuchtet heller als Plasma, das sich an der Oberfläche bereits abgekühlt hat.

Auf diese Weise erzeugen die Ströme ein charakteristisches, sich schnell veränderndes Muster aus hellen und dunklen Bereichen, die sogenannte Granulation. Typische Strukturen darin sind einige hundert Kilometer groß. „Die Granulation verursacht in erster Linie schnelle Helligkeitsschwankungen, die sich innerhalb von weniger als fünf Stunden vollziehen“, sagt Max-Planck-Forscherin und Koautorin Natalie Krivova.

Zum anderen spielen die veränderlichen Magnetfelder der Sonne eine entscheidende Rolle. An der sichtbaren Oberfläche unseres Sterns machen sie sich in Zeiten hoher Aktivität durch dunkle Gebiete (Sonnenflecken) und besonders hell leuchtende Bereiche (Fackeln) bemerkbar. Beide Strukturen sind im Vergleich zur Granulation sehr großflächig; einige Sonnenflecken lassen sich sogar mit bloßem Auge von der Erde aus erkennen. Zudem variiert ihre Anzahl und Gestalt deutlich langsamer. Änderungen im Magnetfeld der Sonne sorgen deshalb für Helligkeitsschwankungen, die sich auf Zeitskalen von mehr als fünf Stunden abspielen.

Die Forscher nutzten für ihre Analysen Daten der Raumsonden SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) und SDO (Solar Dynamics Observatory), die das Helligkeitsmuster und die Magnetfelder an der Oberfläche des Sterns seit Jahren aufzeichnen. Aus diesen Datensätzen, die zum Teil 19 Jahre solarer Entwicklung abdecken, konnten sie Helligkeitsschwankungen berechnen und wiederum mit gemessen Werten der Raumsonden PICARD und SOHO vergleichen.

Sämtliche bisher gemessenen Helligkeitsschwankungen – sowohl schnelle, als auch sehr langfristige – lassen sich so reproduzieren. „Die Resultate unserer Studie zeigen uns, dass wir in unserem Modell die maßgeblichen Parameter identifiziert haben,“ folgert Sami K. Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und Zweitautor der Studie. „Dies wird es uns erlauben, endlich auch die Helligkeitsschwankungen anderer Sterne zu modellieren.“


Ansprechpartner


Prof. Sami K. Solanki
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Telefon: +49 551 384979-325
Fax: +49 551 384979-190
E-Mail: solanki@linmpi.mpg.de
 

Dr. Alexander Shapiro
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Telefon: +49 551 384979-431
E-Mail: shapiroa@mps.mpg.de
 

Dr. Natalie Krivova
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Telefon: +49 551 384979-235
E-Mail: Krivova@mps.mpg.de
 

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

Originalpublikation
A.I. Shapiro, S.K. Solanki, N.A. Krivova, R.H. Cameron, K.L. Yeo, W.K. Schmutz

Nature of solar brightness variations

Nature Astronomy, online 21. August 2017

Prof. Sami K. Solanki | Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen
Weitere Informationen:
https://www.mpg.de/sonne/helligkeit

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Biophysik - Blitzlicht aus der Nanowelt
24.04.2018 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Moleküle brillant beleuchtet
23.04.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

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: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer Impfstoff-Kandidat gegen Malaria erfolgreich in erster klinischer Studie untersucht

25.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Erkheimer Ökohaus-Pionier eröffnet neues Musterhaus „Heimat 4.0“

25.04.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

25.04.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics