Millionen Grad heiß, von energiereicher Strahlung erfüllt und Ausgangsort extrem beschleunigter Partikelströme: Die Korona, die äußere Atmosphäre der Sonne, ist ein Ort der Extreme – und sie gibt bis heute Rätsel auf. So können Forscher bisher nur darüber spekulieren, warum die Korona Millionen Grad heißer ist als die Sonnenoberfläche und welche physikalischen Prozesse sie derart aufheizen. Weitgehend unklar ist auch, wie die Teilchen des Sonnenwinds in der Korona beschleunigt werden und wo der langsamere, energieärmere Teil dieser Teilchenströme seinen Ursprung hat. Um Antworten auf diese Fragen zu liefern, hat die NASA im Sommer 2018 die “Parker Solar Probe” auf den Weg zur Sonne geschickt. Als erste Raumsonde überhaupt umkreist sie die Sonne auf exzentrischen Orbits, die sie so weit in die Korona hineinbringen wie kein anderes menschengemachtes Objekt zuvor. Der Abstand der Sonde von der Sonnenoberfläche verringert sich bei jedem nahen Vorbeiflug ein wenig mehr, von anfangs 35 Sonnenradien bis auf nur noch neun – letzteres entspricht nur gut sechs Millionen Kilometern Abstand.
Teilchenstrom aus dem Koronaloch
Jetzt berichten Wissenschaftler in vier Fachartikeln in “Nature” über die Einblicke, die sie aus den ersten drei Vorbeiflügen der Parker Solar Probe gewonnen haben. “Schon diese ersten Begegnungen der Solar Probe waren spektakulär”, sagt Stuart Bale von der University of California in Berkeley, wissenschaftlicher Leiter eines der Messinstrumente an Bord der Sonde. “Wir sehen die magnetische Struktur der Korona, wir sehen impulsive Aktivität und Teilchenjets mit scharfen Kehren. Und wir sind überrascht von der Heftigkeit der Staubumgebung in der inneren Heliosphäre.” Bale und sein Team haben sich vor allem mit dem bisher ungeklärten Ursprung des langsamen Sonnenwinds beschäftigt – dem weniger als 500 Kilometer pro Sekunde schnellen Teilchenstrom, der auch ruhigen Phasen der Sonnenaktivität von unserem Stern ausgeht. Im Gegensatz zum schnelleren Anteil des Sonnenwinds geht er nicht von den Polen der Sonne aus, sondern flächig von fast der gesamten Sonnenoberfläche. Bisher jedoch haben die Rotation der Sonne und die Turbulenzen ihres Magnetfelds den genauen Entstehungsort dieser Teilchen verschleiert.
Die Daten der Polar Parker Probe jedoch haben nun dieses Rätsel gelöst. Denn die Sonde passte bei jedem der nahen Vorbeiflüge ihr Flugtempo an die Rotationsgeschwindigkeit der Sonne an. Dadurch konnte sie rund eine Woche lang über einen bestimmten Bereich der Sonnenoberfläche quasi “stillstehen”. Das ermöglichte es ihr, die magnetischen Felder und Teilchenströme ohne den Störfaktor der Rotation zu vermessen – und erste Hinweise auf den Ursprungsort des langsamen Sonnenwinds zu gewinnen. Demnach kommen diese Teilchen aus sogenannten koronaren Löchern, Bereichen, die etwas kühler sind als das umgebende Sonnenplasma. “Der Sonnenwind strömt in einem glatten Strom aus diesen kleinen Löchern heraus”, berichtet Bale. Überlagert wird dieser gleichmäßige Fluss jedoch schon kurz darauf von großen Wellen und abrupten, kurzlebigen Umkehrungen der magnetischen Polarität in diesen Teilchenströmen, wie die Messdaten aufdeckten. “Damit enthüllt der Vorbeiflug der Parker Solar Probe einen weit strukturierteren und dynamischeren Sonnenwind als es von der Erde aus scheint”, sagen die Forscher.
