Wie Fotos der Sonnenfinsternis vom 8. April uns helfen werden, die Atmosphäre der Sonne zu verstehen

Es gibt eine Lücke in unseren Beobachtungen der Sonne: Ein Teil ihrer Atmosphäre ist für unsere Teleskope praktisch unsichtbar. Bilder, die von der Erde aus während einer Sonnenfinsternis aufgenommen wurden, füllen diese Lücke und ermöglichen einen noch nie dagewesenen Blick auf die verborgene Schicht unseres Sterns.

Aber die Aufnahme dieser Bilder erfordert Fachwissen, spezielle Ausrüstung und viel Geduld. . Der tschechische Mathematiker Miloslav Druckmüller ist einer der wenigen, die Bilder von Sonnenfinsternissen so aufnehmen und bearbeiten können, dass sie einige der bestgehüteten Geheimnisse der Sonne enthüllen. Seine atemberaubenden Darstellungen der weißen Strahlen und der sich schlängelnden magnetischen Linien, aus denen sich die Sonnenkorona zusammensetzt, wenn sie vor dem menschlichen Auge aus der verfinsterten Sonne auftaucht, sind in Sonnenphysikerkreisen wohlbekannt.

Druckmüller sprach mit kosmischeweiten.de aus seinem Büro an der Technischen Universität Brünn in der Tschechischen Republik, wenige Tage vor seiner Abreise nach Mexiko. Dort wird er in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität von Hawaii eine komplexe Bildgebungskampagne während der totalen Sonnenfinsternis am 8. April leiten.

Am Tag der Finsternis werden 66 mit speziellen Filtern ausgestattete Kameras, die auf drei Beobachtungsstandorte in Mexiko und den USA verteilt sind, während der etwa vierminütigen Finsternis Zehntausende von Bildern aufnehmen. Die Forscher hoffen, dass Druckmüllers fachkundige Bildverarbeitung aus diesem riesigen Datensatz einige bisher unbekannte Informationen über die ansonsten unsichtbare Region der Sonne herauskitzeln kann.

Inhaltsübersicht

Der blinde Fleck

Die Sonnenkorona ist der obere Teil der Sonnenatmosphäre und besteht aus extrem dünnem, geladenem Gas, das Plasma genannt wird. Sie ist eine Million Mal schwächer als die darunter liegende Photosphäre, aus der die sichtbare Oberfläche der Sonne besteht, so dass sie bei Betrachtung mit sichtbarem Licht vollständig vom Licht des Sterns überstrahlt wird.

Um die Korona zu beobachten, müssen die Astronomen die sichtbare Sonnenscheibe verdunkeln, damit das schwache Koronallicht vor dem dunklen Kosmos erscheinen kann. Dazu verwenden sie ein Instrument namens Koronagraph, das mit einem Okkulter ausgestattet ist, der das Licht der Sonne abschirmt.

Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter

Die neuesten Nachrichten aus dem Weltraum, die neuesten Updates zu Raketenstarts, Himmelsbeobachtungen und mehr!

Durch die Übermittlung Ihrer Daten erklären Sie sich mit den Allgemeinen Geschäftsbedingungen und der Datenschutzrichtlinie einverstanden und sind mindestens 16 Jahre alt.

Würde der Okkulter jedoch nur die sichtbare Sonne abdecken, würde die Beugung – die Biegung des Lichts um ein Hindernis – das helle Licht der Photosphäre an den Rändern des Okkulters überschwappen lassen und die Fotos ruinieren. Daher verwenden die Astronomen größere Okkulter, die auch die innere Korona bis zu einer Entfernung von einem Sonnenradius von der Sonnenoberfläche abdecken.

Der weit entfernte Mond hingegen verursacht keine Beugung und hat genau die richtige Größe, um die Sonnenscheibe während einer totalen Sonnenfinsternis perfekt abzudecken.

„Jeder Koronagraph, der versucht, eine Sonnenfinsternis zu imitieren, ist einer echten Sonnenfinsternis weit unterlegen“, so Druckmüller. „Er ist zu nah am Teleskop, was bedeutet, dass er Beugung verursacht. „Deshalb muss der Okkulter viel größer sein als die Sonnenscheibe, was bedeutet, dass wir den innersten Teil der Korona nicht sehen können.“

Aufgrund dieser Einschränkungen wissen die Wissenschaftler nur sehr wenig über die Prozesse, die in dieser verborgenen Region ablaufen.

„Wenn man Bilder von Weltraumteleskopen wie dem Solar Dynamics Observatory nimmt, kann man die Sonnenoberfläche im extrem ultravioletten Licht sehen“, sagte Shadia Habbal, Professorin für Sonnenphysik an der Universität von Hawaii und Mitarbeiterin von Druckmüller, auf einer Konferenz in Brünn im November 2022. „Man kann ein wenig von der Korona sehen, die gegen die Oberfläche projiziert wird, aber das reicht eindeutig nicht aus, um zu verstehen, wie sich dieses Plasma in den Raum ausdehnt.“

Die Korona ist die Quelle des Sonnenwinds, des konstanten Stroms geladener Teilchen, der sich über das Sonnensystem ausbreitet. Gelegentlich kommt es zu massiven Ausbrüchen, den sogenannten koronalen Massenauswürfen, die auf der Erde dramatische geomagnetische Stürme verursachen können. Viele der Prozesse, die den Sonnenwind in den Weltraum beschleunigen, finden im toten Winkel des Koronagraphen statt: Die Sonne selbst.

Eine zufällige Entdeckung

In Druckmüllers Sonnenfinsternis-Bildern kommt diese verborgene Region in noch nie dagewesenem Detail zum Vorschein. Das koronale Gas, das hauptsächlich aus ionisiertem Wasserstoff und Helium besteht und einige schwerere Elemente wie Eisen, Magnesium, Silizium oder Kalzium enthält, kreist um die Magnetfeldlinien der Sonne. Andernorts strömt es aus großen Sonnenflecken oder aktiven Regionen ins All und strömt aus koronalen Löchern, wo die Magnetfeldlinien unterbrochen sind.

Druckmüller experimentierte erstmals 1999 mit der Fotografie von Sonnenfinsternissen, als der Mondschatten zum ersten Mal seit 150 Jahren Mitteleuropa besuchte. Die Tschechische Republik lag knapp außerhalb der Totalitätszone, und stürmisches Wetter drohte das Erlebnis an vielen der nächstgelegenen Beobachtungsorte zu ruinieren. Druckmüller machte sich auf den Weg nach Ungarn, wo er „einen vollkommen klaren Himmel“ vorfand.

Als Experte für mathematische Bildanalyse verbrachte Druckmüller Monate damit, die Fotos zu perfektionieren und Ansichten zu erstellen, die das Erlebnis eines menschlichen Beobachters imitieren, wenn dessen Augen den enormen Helligkeitsunterschied zwischen den Teilen der Korona nahe der Sonnenoberfläche und den weiter entfernten Teilen bewältigen könnten. Damals ahnte er noch nicht, dass sich dieses neu entdeckte „Hobby“ zu einem zweiten Beruf entwickeln würde.

„Ich habe nur damit gespielt“, sagt Druckmüller. „Mein Ziel war es, schöne, qualitativ hochwertige Bilder von Sonnenfinsternissen zu erstellen. That was it.“

Anfang der 2000er Jahre stellte er seine Kreationen auf einer persönlichen Website vor. Von dort aus fand eines der Bilder seinen Weg in einen Artikel, den Habbal und Kollegen in einer wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlichten. Er wusste nicht, dass sie sein Bild verwendet hatten, und sie wussten nicht, dass es ihm gehörte.

„Es war ein kompletter Zufall“, sagte Druckmüller. „Jemand hat es von meiner Website genommen und das Copyright entfernt. Ich habe es erst durch einen Freund erfahren. Ich habe mich mit ihm in Verbindung gesetzt, um die Sache zu klären, und wir begannen zu kooperieren. Innerhalb eines Jahres gingen wir gemeinsam auf eine Expedition.“

Messung der Temperatur

Seit 1999 hat Druckmüller an mehr als einem Dutzend Sonnenfinsternisbeobachtungen teilgenommen. Im Laufe der Jahre wurden die Kampagnen immer komplizierter. Für die bevorstehende Sonnenfinsternis hat Druckmüllers Team in Brünn Tausende von Kilogramm an spezieller Fotoausrüstung verschifft, die auf die drei Beobachtungsstandorte verteilt werden soll.

Zusätzlich zur Erfassung des weißen Lichts der Korona können die Forscher nun auch die Spektrallinien der verschiedenen energetischen Ionen im koronalen Gas sichtbar machen. Dies öffnet die Tür für weitere spannende wissenschaftliche Erkenntnisse.

„Verschiedene Arten von Ionen treten bei unterschiedlichen Temperaturen auf. Indem wir also die Spektrallinien verschiedener Ionenarten abbilden, können wir die Temperatur in verschiedenen Teilen der Korona messen“, so Druckmüller. „Das ist nur im sichtbaren Bereich des Spektrums möglich und kann nicht mit Sonden im Weltraum gemacht werden, die das sichtbare Licht nicht sehen.“

Druckmüller räumte ein, dass die zunehmende Komplexität der Beobachtungen den Spaß an der Sache ein wenig vermindert hat. Was einst ein aufregendes Abenteuer war, sieht jetzt eher wie ein industrieller Betrieb aus.

„Wir werden vier Tage damit verbringen, die gesamte Ausrüstung zusammenzubauen“, sagte er. „Die Sonnenfinsternis selbst ist für uns sehr stressig, weil alles genau richtig funktionieren muss. Ich werde erleichtert sein, wenn ich in mein Büro zurückkehre und die Festplatte auf meinem Schreibtisch habe, mit der ich einfach arbeiten kann.“

Druckmüller hofft, dass er zwei Wochen nach der Sonnenfinsternis die ersten Bilder mit der Welt und seinen wissenschaftlichen Kollegen auf Hawaii teilen kann. Die Verarbeitung aller Daten, so sagte er, würde vielleicht bis zur nächsten Expedition dauern.