27.06.2012

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Gigantische Magnetwirbel

Forscher entdecken Zehntausende Tornados auf der Sonne

Scullion/ Wedemeyer-Böhm et al./ NASA

Es ist eines der großen Rätsel in der Sonnenforschung: Warum ist die äußere Atmosphäre des Zentralgestirns um ein Vielfaches heißer als die Oberfläche? Wissenschaftler haben jetzt eine mögliche Erklärung gefunden. Riesige Plasma-Tornados könnten Energie in die Hülle pumpen.

Über fünfeinhalbtausend Grad Celsius heiß ist die Oberfläche der Sonne, doch im Vergleich zur äußeren Atmosphärenschicht des Sterns erscheint das angenehm kühl. Denn in der Sonnenkorona steigen die Temperaturen deutlich über eine Million Grad. Warum die äußere Schicht nicht kühler ist als Sonnenoberfläche, darüber grübeln Physiker seit langem. Zumindest einen Teil dieser Frage könnte ein internationales Forscherteam jetzt gelöst haben. Im Wissenschaftsmagazin "Nature" berichten Sven Wedemeyer-Böhm von der Universität von Oslo und seine Kollegen, dass ständig Tausende Tornados aus heißem Plasma von der Sonnenoberfläche Richtung Korona wirbeln. So könnte die fürs Aufheizen der Korona nötige Energie in die äußere Schicht gelangen.

Welche Zustände in der Korona herrschen, ist schwer vorstellbar. So konnten etwa zwei Forscher im Jahr 1869 während einer Sonnenfinsternis ein ungewöhnliches Signal in der Atmosphärenschicht messen - von welchem chemischen Element es stammte, wussten sie jedoch nicht, es war schlicht nicht bekannt. Erst 70 Jahre später lösten andere das Rätsel, wie Stephen Bradshaw von der William Marsh Rice University (Houston, Texas) in einem Begleitartikel in "Nature" berichtet. In dem Inferno der Korona schwirren extrem geladene Eisen-Ionen umher, aus denen nicht etwa zwei oder drei Elektronen herausgeschlagen wurden, sondern 13. Dass so etwas geht - darauf mussten die Forscher erst einmal kommen, denn für solche chemischen Exoten benötigt es eben extreme Umgebungen wie etwa die Million Grad heiße Sonnenkorona.

Wie Wasser in der Badewanne

Klar war Astronomen also schon länger: Irgendwie müssen permanent Energieströme aus der Sonne zur Korona fließen. Wie dies passiert, blieb jedoch lange eine ungelöste Frage. Plasmawellen könnten daran beteiligt sein, berichteten Forscher im vergangenen Jahr.

Mit Hilfe hochauflösender Aufnahmen der Sonne, die das Nasa-Weltraumteleskop "Solar Dynamics Obsveratory" (SDO) und das schwedische 1-m-Sonnenteleskop auf La Palma lieferten, haben Forscher nun ein Phänomen entdeckt, das ebenfalls dazu beitragen kann: magnetische Tornados.

Sie sehen im Prinzip aus wie Wirbelstürme auf der Erde, allerdings bestehen sie nicht aus Luft, sondern aus Plasma. Auch ihre Entstehung unterscheidet sich deutlich von der ihrer irdischen Vettern. Die Oberfläche der Sonne, die Photosphäre, brodelt ständig, heiße Materie steigt auf, kühlt sich ab, sinkt wieder nach unten. Bei diesem Absinken kann eine Drehbewegung entstehen - ähnlich wie beim ablaufenden Wasser in der Badewanne, das über dem Abfluss einen Strudel bildet, erklärt Oskar Steiner vom Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. Diese Bewegung beeinflusst die Magnetfeldlinien auf der Sonnenoberfläche. Und mit der Verwirbelung der Feldlinien bilden sich die Tornados.

Auch wenn der größte Teil des Plasmas in der Photosphäre bleibt, wie Steiner erklärt, reichen die Wirbel weit hinaus. Sie erstrecken sich über die sogenannte Chromosphäre weit hinein in die Korona, die etwa 2000 Kilometer von der Sonnenoberfläche entfernt beginnt.

Es passiert überall auf der Sonne

Aufgrund der bisher gesammelten Daten schätzen die Forscher, dass zwischen Sonnenoberfläche und Korona permanent etwa 11.000 solcher Wirbelstürme toben. Ihr Durchmesser liegt im Schnitt bei 1500 Kilometern. Für irdische Verhältnisse ist das riesig, auf der Sonne dagegen bescheiden - das erklärt unter anderem, warum dieses Phänomen erst jetzt entdeckt wurde.

Ein weiterer Grund: Die Wirbel sind am ehesten in der Chromosphäre zu sehen, erklärt der Erstautor der Studie, Sven Wedemeyer-Böhm. Dieser Bereich ist aber relativ schwer zu beobachten.

"Die magnetischen Tornados bilden sich überall auf der Sonne", sagt Steiner. Da die Forscher nach einem Effekt suchen, der einen ständigen Energietransport Richtung Korona erklärt, erfüllen die Wirbel also eine wichtige Voraussetzung.

Vollständig ist das Rätsel der heißen Hülle damit aber nicht gelöst. Unklar bleibt, wie die von den Tornados transportierte Energie denn fürs Aufheizen der Korona sorgt. Das könnte durch Prozesse geschehen, die in wesentlich kleinerem Maßstab ablaufen, sagt Steiner - und sich daher den bisherigen Beobachtungsmethoden völlig entziehen. "Das bleibt erst einmal ein Fall für die Theoretiker", sagt er.