Ein chinesisch-deutsches Wissenschaftlerteam hat die magnetischen Strukturen in der Sonnenkorona identifiziert, aus denen der schnelle Sonnenwind stammt. Mithilfe von Bildern und Doppler-Karten aus dem SUMER-Spektrometer (Solar Ultraviolet Measurements of Emitted Radiation) und Magnetogrammen, die vom Michelson Doppler Imager (MDI) am weltraumgestützten Solar- und Heliosphärenobservatorium (SOHO) der ESA und der NASA geliefert wurden, beobachteten sie den Sonnenwindfluss aus trichterförmigen Magnetfeldern, die in den Bahnen des magnetischen Netzwerks nahe der Sonnenoberfläche verankert sind. Diese Beobachtungen werden in der Ausgabe des Science Magazine vom 22. April vorgestellt. Die Forschung führt zu einem besseren Verständnis der magnetischen Natur der Quellen des Sonnenwinds, eines Stroms von dünnem und heißem Plasma (elektrisch leitfähigem Gas), der die Weltraumumgebung der Erde beeinflusst.
Der Sonnenwind besteht aus Protonen, Alpha-Teilchen (zweifach ionisiertes Helium), schweren Ionen und Elektronen, die von der Sonnenoberfläche mit Geschwindigkeiten zwischen 300 und 800 km / s fließen. Die schweren Ionen in den koronalen Quellregionen emittieren Strahlung bei bestimmten ultravioletten Wellenlängen. Wenn sie zur Erde fließen, wie sie es tun, wenn sie den entstehenden Sonnenwind verfolgen, werden die Wellenlängen der ultravioletten Emission kürzer, ein Phänomen, das als Doppler-Effekt bezeichnet wird und in seiner akustischen Variante beispielsweise aus der Änderung des Tons von bekannt ist die Hupe eines Polizeiautos, während er sich dem Hörer nähert oder von ihm zurücktritt. Im Sonnenfall wird die Plasmabewegung auf uns zu, dh von der Sonnenoberfläche weg, als Blauverschiebung im ultravioletten Spektrum erfasst und kann somit verwendet werden, um den Beginn des Sonnenwindabflusses zu identifizieren.
Ein SUMER-Ultraviolett-Spektrum ähnelt dem, was man sieht, wenn ein Prisma weißes Licht in einen Regenbogen unterschiedlicher Farben trennt. Die ultraviolette Strahlung ist jedoch für das menschliche Auge unsichtbar und kann die Erdatmosphäre nicht durchdringen. Durch die Analyse der von SUMER auf dem Weltraumobservatorium SOHO aus dem Weltraum erhaltenen ultravioletten Emissionen können Sonnenphysiker viel über die Sonne lernen und auf die Gastemperatur, die chemische Zusammensetzung und die Bewegung in den verschiedenen atmosphärischen Schichten schließen.
"Die feinmagnetische Struktur der Quellregion des Sonnenwinds ist schwer zu bestimmen", sagte der Erstautor Prof. Chuanyi Tu vom Institut für Geophysik der Peking-Universität in Peking, China. „Seit vielen Jahren beobachten Sonnen- und Weltraumphysiker schnelle Sonnenwindströme aus koronalen Regionen mit offenen Magnetfeldlinien und geringer Lichtintensität, den sogenannten koronalen Löchern. Nur durch die neuartige Kombination komplexer Beobachtungen von SOHO konnten wir jedoch auf die Eigenschaften der Quellen in koronalen Löchern schließen. Der schnelle Sonnenwind scheint aus koronalen Trichtern mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 km / s in einer Höhe von 20.000 Kilometern über der Photosphäre zu stammen. “
„Der schnelle Sonnenwind beginnt mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 10 km / s aus der Oberseite von Trichtern in koronalen Löchern herauszufließen“, erklärt Prof. Tu. „Dieser Abfluss wird als große Flecken in der Doppler-Blauverschiebung (schraffierte Bereiche in der obigen Abbildung) einer von Ne + 7-Ionen bei einer Temperatur von 600.000 Kelvin emittierten Spektrallinie gesehen, die als guter Indikator für den heißen Plasmafluss verwendet werden kann . Durch einen Vergleich mit dem Magnetfeld, das mithilfe der MDI-Magnetdaten aus der Photosphäre extrapoliert wurde, haben wir festgestellt, dass das Blauverschiebungsmuster dieser Linie am besten mit den Freifeldstrukturen bei 20.000 km korreliert. “
Das SUMER-Spektrometer untersuchte die Quellen des Sonnenwinds, indem es ultraviolette Strahlung beobachtete, die aus einem großen Gebiet der nördlichen Polarregion der Sonne kam. „Die eindeutige Identifizierung der detaillierten magnetischen Struktur der Quelle, die jetzt als koronale Trichter sichtbar wird, und die Bestimmung der Freisetzungshöhe und der Anfangsgeschwindigkeit des Sonnenwinds sind wichtige Schritte zur Lösung der Probleme der Massenversorgung und der Grundbeschleunigung. Wir können uns nun darauf konzentrieren, weitere Plasmabedingungen und physikalische Prozesse zu untersuchen, die in den expandierenden koronalen Trichtern und in ihren im magnetischen Netzwerk verankerten engen Hälsen auftreten “, sagt Prof. Eckart Marsch, Mitautor des Wissenschaftspapiers.
Die Lösung der Natur und des Ursprungs des Sonnenwinds ist eines der Hauptziele, für die SOHO entwickelt wurde. Der astronomischen Gemeinschaft ist seit langem bekannt, dass der schnelle Sonnenwind aus koronalen Löchern stammt. Neu ist hier die Entdeckung, dass diese Strömungen in koronalen Trichtern beginnen, deren Quelle sich an den Rändern des magnetischen Netzwerks befindet. Direkt unter der Sonnenoberfläche befinden sich große Konvektionszellen. Jeder Zelle sind Magnetfelder zugeordnet, die durch Magnetokonvektion in den Netzwerkspuren konzentriert werden, wo die Trichterhälse verankert sind. Während das Plasma immer noch in kleinen Schleifen eingeschlossen ist, wird es durch Konvektion zu den Trichtern gebracht und dort freigesetzt, als würde ein Eimer Wasser in einen offenen Wasserkanal entleert.
„Früher glaubte man, dass der schnelle Sonnenwind auf einer bestimmten offenen Feldlinie in der Ionisationsschicht des Wasserstoffatoms etwas oberhalb der Photosphäre entsteht“, sagt Prof. Marsch, „jedoch die geringe Doppler-Verschiebung einer Emissionslinie von Kohlenstoffionen zeigt, dass in einer Höhe von 5.000 km noch kein Massenabfluss aufgetreten ist. Es wird nun angenommen, dass das Sonnenwindplasma von Plasma geliefert wird, das aus den vielen kleinen Magnetschleifen stammt, die nur wenige tausend Kilometer hoch sind und den Trichter überfüllen. Durch magnetische Wiederverbindung wird Plasma von allen Seiten in den Trichter geleitet, wo es beschleunigt werden und schließlich den Sonnenwind bilden kann. “
Das SUMER-Instrument wurde unter der Leitung von Dr. Klaus Wilhelm, der auch Mitautor des Papiers ist, am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (ehemals Max-Planck-Institut für Aeronomie) in Lindau mit wichtigen Beiträgen gebaut vom Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay, Frankreich, dem Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, der University of California in Berkeley und mit finanzieller Unterstützung von deutschen, französischen, US-amerikanischen und schweizerischen nationalen Agenturen. SOHO ist seit fast zehn Jahren an einem speziellen Aussichtspunkt im Weltraum tätig, der 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt auf der Sonnenseite der Erde liegt. SOHO ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der Europäischen Weltraumorganisation und der NASA. Es wurde im Dezember 1995 mit einer Atlas II-AS-Rakete vom Kennedy Space Center der NASA in Florida gestartet und vom Goddard Space Flight Center aus betrieben.
Originalquelle: Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft
