Auf Tauchgang in der Sonnenatmosphäre
15. Dezember 2021
Seit Jahrzehnten suchen Sonnenforscher nach der Erklärung für ein rätselhaftes Phänomen: Wie kommt es, dass die Atmosphäre der Sonne bis zu fünfhundert Mal heißer ist als ihre Oberfläche? In der Sonnenatmosphäre, der Korona, herrschen Temperaturen von mehreren Millionen Grad Celsius. Während die darunter liegende, sichtbare Oberfläche, aus der die Korona ihre Wärme bezieht, mit rund 5800 Grad dagegen doch recht kühl ist.
Diese Aufheizung der Korona ist eine zentrale Frage der Sonnenphysik. Denn der zugrunde liegende Mechanismus ist wahrscheinlich auch an der Entstehung des sogenannten Sonnenwinds beteiligt.
Höllenartige Zustände
Unsere Sonne ist ein glühend heißer Gas-Ball, von dem ständig Materie in den Weltraum entweicht, der Sonnenwind. Er strömt aus der heißen Korona ab und besteht hauptsächlich aus ionisiertem Wasserstoff, aus Elektronen und Protonen.
Dieser elektrisch geladene Partikelstrom weht auch in Richtung Erde, wo er auf das irdische Magnetfeld trifft. Das wirkt wie ein Schutzschild und hält den Teilchenschauer zum größten Teil von unserem Planeten ab.
Explosive Prozesse auf der Sonne wie Koronare Massenauswürfe und plötzliche Strahlungsausbrüche, sogenannte Flares, können Turbulenzen hervorrufen und den gleichmäßig fließenden Sonnenwind in einen Sturm verwandeln.
Bei einem Flare nimmt die Intensität der Röntgenstrahlung, also der energiereichen Protonen und Elektronen oft um mehr als das Tausendfache zu. Die freigesetzte Strahlung trifft schon nach acht Minuten ungehindert bei uns ein. Während die Teilchenströme die Erde erst 10 bis 30 Minuten später erreichen.
Bei einem Koronaren Massenauswurf schleudert die Sonne riesige Wolken aus elektrisch geladenem Gas ins All. Diese Wolken können eine Masse von mehreren zehn Milliarden Tonnen haben und eine Geschwindigkeit von über 2000 Kilometer pro Sekunde (!) erreichen.
Die explosionsartigen Massenauswürfe verursachen Stoßwellen innerhalb des stetig fließenden Sonnenwinds, vergleichbar mit dem Überschallknall eines Flugzeugs.
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Auch die Erde ist betroffen
Treffen diese Stoßwellen auf die Erde, dann können die Sonnenteilchen mit ihrer enormen Geschwindigkeit den irdischen Schutzschild überwinden und ins Magnetfeld eindringen.
So können starke Sonnenstürme gewaltige Schäden anrichten. Sie beeinflussen die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen, stören Mobilfunk und Satellitennavigation.
Am 13. März 1989 kam es im kanadischen Quebec zu einem neunstündigen Stromausfall. Millionen Menschen waren ohne Strom. Ein heftiger Sonnensturm hatte in den Überlandleitungen starke Ströme induziert und Transformatoren durchschmoren lassen.
Die elektrisch geladenen Teilchen von der Sonne können Satelliten abbremsen und sogar deren Lebenszeit verkürzen indem sie elektronische Bauteile zerstören.
In unserem Leben spielen Elektronik und Satellitentechnologien eine immer größere Rolle. Es wird also immer wichtiger, solche Sonnenstürme vorherzusagen. Doch dazu müssen die Forscher erst einmal verstehen, wie sich Sonnenstürme bilden.
Weltraum-Sonde soll Geheimnisse lüften
Die Parker Solar Probe war am 12.08.2018 in Cape Canaveral gestartet. Nun ist sie erstmals durch die äußere Atmosphäre der Sonne geflogen und hat Daten gesammelt. Das gab die NASA in der Nacht vom 14. auf den 15. Dezember 2021 bekannt. Noch ist die Mission der Parker Solar Probe aber lange nicht vorbei. Sie wird sich in weiteren Flugmanövern der Sonne noch weiter annähern.
Die Daten sollen klären, wie die Sonnenatmosphäre aufgeheizt wird und wie die Teilchen des Sonnenwinds beschleunigt werden. Sonnenphysiker haben zu diesen Fragen schon unterschiedliche Theorien entwickelt. Erst im März 2018 publizierte ein internationales Team um Samuel D.T. Grant einen Artikel in der renommierten Fachzeitschrift "Nature Physics".
Darin beschreiben die Forscher, dass die Aufheizung durch Plasmawellen in der Übergangsschicht zwischen Oberfläche und Korona der Sonne erfolgt. Andere Theorien schreiben die Aufheizung der Korona Vorgängen im Magnetfeld der Sonne zu, wie der plötzlichen Verschmelzung von Magnetfeldschleifen.
Die Parker Solar Probe soll das Geheimnis nun endlich lüften. Sie sammelt zum ersten Mal Daten in der Region, in der der Sonnenwind entsteht. Dazu nähert sich der Satellit unserem Zentralgestirn wie keine andere Sonde zuvor. Er ist erstmals in die Korona der Sonne eingetaucht und soll bei weiteren Flügen bis auf sechs Millionen Kilometer an den glühend heißen Gas-Ball heranrücken.
Lange Reise zur Sonne
Sonnenphysiker träumen bereits seit Jahrzehnten davon, Satelliten in die Korona der Sonne zu schicken. Schon 1958 als die NASA gegründet wurde, stand so eine Mission auf der Agenda. Doch es sollte noch Jahrzehnte dauern, bis die nötigen Technologien entwickelt waren, um die Raumsonden zu schützen vor der extremen Strahlung und der enormen Hitze in der Sonnenkorona.
Die Reise der Parker Solar Probe in diese höllische Region hat bereits gut mehr als drei Jahre gedauert und wird noch weitere Jahre laufen. Die Sonde ist dabei immer wieder auf die Hilfe der Venus angewiesen. Denn bei Flügen ins innere Sonnensystem ist Bremsen angesagt. Deshalb muss die Forschungssonde sieben Mal an der Venus vorbei fliegen. Bei jedem dieser sogenannten Swing-by-Manöver überträgt sie etwas Energie auf den Planeten. Sie wird langsamer, ändert ihre Bahn und dringt weiter in Richtung Sonne vor.
Nach dem letzten Vorbeiflug im November 2024 soll die Parker Solar Probe dann endlich die Geschwindigkeit erreichen, mit der sie sich der Sonne auf sechs Millionen Kilometer annähern kann. Rund 30-mal schneller als die Internationale Raumstation ISS, mit 200 Kilometern pro Sekunde, wird sie dann die Sonnenatmosphäre durchfliegen. Mit ihren vier wissenschaftlichen Instrumenten soll sie die dort herumschwirrenden Teilchen und die Magnetfelder unseres Sterns vermessen.
Insgesamt drei Mal soll die Raumsonde so nahe an der Sonne vorbeifliegen und ganz neue Erkenntnisse über deren turbulente Lebensprozesse möglich machen. Die Parker Solar Probe wird das schnellste Raumschiff sein, das Menschen je auf den Weg gebracht haben.
Dieser Artikel wurde anlässlich des Fluges durch die Korona der Sonne am 15. Dezember 2021 aktualisiert