Die Parker Solar Probe flog letzten Monat zum 20. Mal an der Sonne vorbei und suchte nach Hinweisen auf das jahrzehntealte Geheimnis, warum die Korona der Sonne hundertmal heißer ist als ihre Oberfläche.(Bildnachweis: Applied Physics Lab und NASA Goddard Space Flight Center)
Seit Jahrzehnten rätseln Wissenschaftler darüber, warum sich die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona, aufheizt, je weiter sie sich von der Sonnenoberfläche entfernt.
Die lange Liste möglicher Erklärungen wurde nun um eine gekürzt, dank der Daten, die von der Parker Solar Probe der NASA gesammelt wurden, dem schnellsten von Menschenhand geschaffenen Objekt, das die Sonne wiederholt überflogen hat, um nach Hinweisen zur Lösung des so genannten „Rätsels der koronalen Erwärmung“ zu suchen.
Während der ersten Vorbeiflüge der Sonde an der Sonne entdeckten ihre Instrumente abrupte Richtungsänderungen der Magnetfelder der Sonne. Wissenschaftler bezeichnen solche Vorgänge als „Switchbacks“ und vermuten, dass sie bei der Erwärmung der Korona eine Rolle spielen, vor allem durch die Freisetzung der in ihnen verpackten magnetischen Energie, während sie sich innerhalb der Sonne und im Weltraum bewegen.
Das Rätsel der koronalen Erwärmung bezieht sich auf die Tatsache, dass die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona, Hunderte Male heißer ist als ihre „Oberfläche“, die Photosphäre. Und das, obwohl die Photosphäre Millionen von Kilometern näher am Sonnenkern liegt, wo die Kernfusion stattfindet, die die Wärme und Energie unseres Sterns liefert.
Die Photosphäre, die kühler ist als die Korona, ist für den größten Teil des Sonnenlichts verantwortlich und „wäscht“ das Licht der Sonnenatmosphäre vollständig aus. Daher kann die Sonnenkorona nur dann gesehen werden, wenn das Licht der Photosphäre durch eine Sonnenfinsternis oder durch ein spezielles Instrument, den Koronagraphen, blockiert wird.
Das bedeutet, dass die Parker-Sonnensonde zur Untersuchung der Korona Temperaturen von rund 1.400 Grad Celsius (2.500 Grad Fahrenheit) trotzen muss, um der Sonne ganz nahe zu kommen.
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Akhavan-Tafti und sein Team untersuchten die Daten von mehr als einem Dutzend Runden, die Parker um unsere Sterne gedreht hat, um herauszufinden, wo genau die Kehrtwendungen beginnen, was für das Verständnis ihres Einflusses auf die Korona entscheidend ist.
Die gesuchten Merkmale waren jedoch nirgends zu finden, zumindest nicht innerhalb der Korona. Stattdessen zeigten die Daten der Sonde, dass Switchbacks im Sonnenwind in der Nähe der Sonne häufig vorkommen.
Das Ergebnis, das darauf hindeutet, dass die Erwärmung der Korona wahrscheinlich nicht an der Sonnenoberfläche beginnt, schließt eine der beiden führenden Hypothesen über den Ursprung der Umkehrung aus.
Die Sonnenkorona ist nur zu sehen, wenn das Licht der Photosphäre durch eine Sonnenfinsternis oder ein spezielles Instrument, den Koronagraphen, blockiert wird (Bildnachweis: M. Druckmuller/Habbal et al. 2021)
Wissenschaftler glauben, dass es immer noch einen Auslösemechanismus geben könnte, der Wärme in den äußersten Teil der Sonne bringt. Ein solcher Mechanismus könnten explosive Kollisionen von chaotischen Magnetfeldlinien auf der Sonnenoberfläche sein, so Akhavan-Tafti.
Bei solchen Kollisionen schwingen die Magnetfelder wie gezupfte Gitarrensaiten und beschleunigen das Plasma im Sonnenwind auf hohe Geschwindigkeiten. Dies könnte die magnetischen Wellen in der Nähe der Sonne in Kehren verzerren. Wenn jedoch einige dieser Wellen vor dem Austritt aus der Sonne an Kraft verlieren, würde ihre Energie in den oberen Schichten der Sonne entladen und die Korona aufheizen.
„Die Mechanismen, die die Bildung von Switchbacks verursachen, und die Switchbacks selbst könnten sowohl die Korona als auch den Sonnenwind aufheizen“, so Akhavan-Tafti in der Pressemitteilung.
Diese Forschung verfeinert unser Verständnis der Funktionsweise der Sonne und kann Wissenschaftlern schließlich helfen, Sonnenstürme vorherzusagen, zu erkennen und sich darauf vorzubereiten.
Diese Forschung ist das jüngste Ergebnis, das die NASA-Mission Parker seit ihrem Start im Jahr 2018 hervorgebracht hat.
Letzten Monat hat die Parker-Sonnensonde ihre 20. Annäherung an die Sonne abgeschlossen und sich bis auf 8 Millionen Kilometer an ihre Oberfläche herangetastet, so das Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, das die Sonde betreibt, in einer kürzlich veröffentlichten Erklärung.
Die Sonde ist seither weitergeflogen, wird aber am 30. September in die gleiche Entfernung zurückkehren und sich an Heiligabend dieses Jahres noch eine Million Meilen weiter von der Sonne entfernen. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Daten dieser Flüge mehr darüber verraten werden, warum die Millionen Grad heiße Korona so ist, wie sie ist.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 29. Juli in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
