Wissenschaftler fragen sich seit langem, warum die heißen, geladenen Teilchen in der Atmosphäre unserer Sonne heißer werden, wenn sie sich von der Sonnenoberfläche entfernen. Eine neue Studie könnte eine Antwort liefern, indem sie herausfindet, dass die superheiße Natur der äußeren Sonnenatmosphäre oder „Korona“ möglicherweise mit dem faszinierenden Verhalten kleiner Wellen in diesem dunstigen Plasma zusammenhängt. Bei diesen Wellen, die Wissenschaftler als „kinetische Alfvén-Wellen“ oder „KAWs“ bezeichnen, handelt es sich um wellenartige Schwankungen in Magnetfeldern, die sich in Bewegungen in der Photosphäre der Sonne äußern.
Die Ergebnisse könnten wichtige Hinweise auf das scheinbar der Physik widersprechende „Rätsel der Koronaerwärmung“ liefern, weshalb die Korona hunderte Male heißer ist als die sichtbare Sonnenoberfläche oder Photosphäre, die das gesamte Licht aussendet, das wir von der Sonne sehen. Das berichtete das Magazin Astrophysical Journal.
Das Team hinter dieser Studie unter der Leitung von Syed Ayaz, einem Forscher an der University of Alabama in Huntsville, geht davon aus, dass sich KAWs bei ihrer Ausbreitung auflösen und die Sonnenkorona erhitzen. Sie dienen somit als wichtiger, wenn auch kleiner Mechanismus zur Energieübertragung im Sonnenplasma.
Sonnenkorona während einer Sonnenfinsternis. John Finney Fotografie
Ayaz sagte, dieses Phänomen könne erklären, warum die sichtbare Oberfläche der Sonne eine Temperatur von etwa 10.000 Grad Fahrenheit (5.500 Grad Celsius) habe, während die Korona, die den äußersten Rand der Sonnenatmosphäre markiert, eine Temperatur von mehr als 2 Millionen Grad habe Fahrenheit (1,1 Millionen Grad Celsius).
„Alfvén-Wellen haben sich seit Jahrzehnten als die besten Kandidaten für die Übertragung von Energie von einem Ort zum anderen erwiesen“, sagte Ayaz kürzlich in einer Erklärung. „Bisher hat keine solare Raumsondenmission Vorhersagen über diese Phänomene in der Nähe der Sonne gemacht.“
Der Großteil der Energie der Sonne stammt aus ihrem Kern, wo die Kernfusion stattfindet. Das bedeutet, dass die Sonne mit zunehmender Tiefe heißer werden sollte. Die meisten Schichten unseres Sterns gehorchen diesem Prinzip. Allerdings ist die Korona, obwohl sie Millionen Kilometer weiter vom Sonnenkern entfernt ist als die Sonnenoberfläche, immer noch viel heißer als die Photosphäre.
Ayaz und seine Kollegen untersuchten die Wirkung von KAW auf Plasma, das auf eine Höhe von 10 Sonnenradien aufsteigt. Wenn die Wellen in diesen Entfernungen mit dem geladenen Plasma der Sonne interagieren, das mit „Ionen“ gefüllt ist, Atomen, denen ihre Elektronen entzogen sind, „zerstreuen sie sich schnell und übertragen ihre gesamte Energie als Wärme auf die Plasmateilchen“, sagte Ayaz.
Die Ergebnisse des Teams legen nahe, dass Wellenenergie die Korona erreichen und sie erhitzen kann, obwohl noch nicht klar ist, inwieweit sie die Temperatur der Korona beeinflusst.
Diese neue Forschung „liefert wichtige Einblicke in das kritische Problem der Umwandlung von Magnetfeldenergie in das Erhitzen von Plasma, das geladene Teilchen wie Protonen und Elektronen enthält“, sagte Gary Zank, Direktor des Center for Space Plasma and Aeronomy Research an der University of Alabama war nicht an der Forschungsarbeit beteiligt.
Diagramm, das die Schichten der Sonne zeigt, einschließlich der Korona und der darunter liegenden Photosphäre. NASA
Die Ergebnisse der neuesten Studie werden durch Daten des Solar Orbiter der Europäischen Weltraumorganisation und des Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA gestützt. SDO hatte zuvor herausgefunden, dass eine andere Art hochfrequenter, bogenförmiger magnetischer Wellen, die sich durch die Korona ausbreiten, im Laufe der Zeit ebenfalls große Energiemengen in die äußere Atmosphäre der Sonne abgeben und so zur Erwärmung der Millionen-Grad-Schicht beitragen könnten.
Ähnliche Prozesse, die die Sonnenkorona mit Wärme versorgen, standen im Mittelpunkt einer kürzlich durchgeführten NASA-Raketenmission. Die Mission mit dem Namen MaGIXS-2 – kurz für den zweiten Flug des Marshall Grazing Incidence X-ray Spectrometer – wurde Mitte Juli für einige Minuten ins All geschickt, um Röntgenstrahlen von der Sonne zu sammeln.
Diese Strahlen liefern besonders aufschlussreiche Beweise dafür, wie oft unser Stern Energieausbrüche freisetzt, was Wissenschaftlern helfen könnte, mehr über die Erwärmung der Korona zu erfahren.
Während Wissenschaftler weiterhin daran arbeiten, das Rätsel zu lösen, wie die Sonnenkorona so heiß wird, wurden andere Erwärmungsmechanismen im Zusammenhang mit dem Magnetfeld der Sonne ausgeschlossen. Wissenschaftler vermuteten beispielsweise, dass bestimmte S-förmige Biegungen im Magnetfeld der Sonne viel magnetische Energie enthielten, die an das umgebende Plasma abgegeben wurde, dieses erhitzte und Sonnenwinde beschleunigte, die Stürme verursachten.
Eine Analyse der ersten 14 Umlaufbahnen der Parker Solar Probe um die Sonne, die in einem separaten Artikel in The Astrophysical Journal Letters vorgestellt wurde, ergab jedoch keine Hinweise auf das Vorhandensein des gewünschten Merkmals innerhalb der Korona.
Mojtaba Akhavan-Tafti, ein Forscher der University of Michigan, der die Studie leitete, sagte in einer Erklärung, dass die bevorstehenden Sonnensondenmissionen von Parker Solar Probe, die voraussichtlich bereits im Dezember dieses Jahres stattfinden, Licht auf dieses jahrzehntealte Rätsel werfen könnten.