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Astronomie+Physik

Solare Sanftmut festgestellt

Vergleich der Helligkeitsschwankungen unserer Sonne mit denen eines typischen, sonnenähnlichen Sterns. (Bild: MPS/hormesdesign.de)

Eruptionen, Sonnenflecken und Lichtschwankungen verändern ständig das Antlitz der Sonne – doch als temperamentvoll lässt sich unsere kosmische Mutter offenbar nicht bezeichnen: Im Vergleich zu anderen Sternen ihrer Klasse ist sie auffallend wenig aktiv, geht aus einer Analyse der Helligkeitsschwankungen von 369 sonnenähnlichen Sternen hervor. Der Befund des internationalen Forscherteams wirft nun die Frage auf, ob die Sonne ein grundlegend „sanftmütiger“ Stern ist, oder ob sie nur seit einigen Jahrtausenden eine ungewöhnlich ruhige Phase durchmacht.

Sterne brodeln nicht immer gleichmäßig vor sich hin – ihre Aktivität verändert sich. Dabei entstehen Turbulenzen in den extrem heißen Gasen, die mit Veränderungen des Magnetfeldes verknüpft sind. „Das Magnetfeld ist die treibende Kraft, die für alle Aktivitätsschwankungen verantwortlich ist“, sagt Co-Autor Sami Solanki vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen (MPS). Der Zustand des Magnetfeldes bestimmt ihm zufolge, wie häufig die Sonne in heftigen Eruptionen Strahlung und Teilchen ins All schleudert, wie zahlreich dunkle Sonnenflecken oder besonders helle Regionen auftreten – und damit auch wie hell die Sonne scheint. Als deutlichstes Zeichen der Sonnenaktivität gilt in diesem Zusammenhang die veränderliche Häufigkeit der Sonnenflecken.

Astronomische Aufzeichnungen über diese auffälligen Gebilde gibt es bereits seit dem Jahr 1610. Darüber hinaus ermöglichen bestimmte Substanzen in Baumringen und Eisbohrkernen Rückschlüsse auf die Sonnenaktivität in den vergangenen 9000 Jahre. Wie die Wissenschaftler erklären, zeigen sich für diesen Zeitraum regelmäßig wiederkehrende Schwankungen von vergleichbarer Stärke. „Es ist allerdings denkbar, dass die Sonne seit Jahrtausenden eine ruhige Phase durchläuft und wir deshalb ein verzerrtes Bild von ihr haben“, sagt der Erstautor der Studie Timo Reinhold vom MPS. Wie aktiv die Sonne im Lauf ihrer Geschichte gewesen sein könnte, bleibt somit unklar.

Stellarer Vergleichstest

Um dennoch Anhaltspunkte zu erhalten, richtete sich der Blick der Forscher in den Sternenhimmel: Sie gingen der Frage nach, wie sich die Sonne im Vergleich zu anderen Sternen verhält. Dazu wählten die Astronomen Kandidaten aus, die der Sonne in entscheidenden Merkmalen entsprechen. Neben der Oberflächentemperatur, dem Alter und der materiellen Zusammensetzung, war dabei ein Aspekt besonders wichtig: die Geschwindigkeit, mit der sich ein Stern um die eigene Achse dreht. Die Sonne benötigt für eine Umdrehung rund 24,5 Tage. Wie die Forscher erklären, ist die Rotationsgeschwindigkeit eine entscheidende Größe, da sie maßgeblich für den „Dynamo-Effekt“ verantwortlich ist, der im Innern eines Sterns das Magnetfeld entstehen lässt, das wiederum die Aktivitätsschwankungen bestimmt.

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Bei einigen fernen Sternen lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit anhand periodisch auftretender Verdunklungen bestimmen. Dabei drehen sich Flecken auf der Oberfläche dieser Sterne mit einer festen Geschwindigkeit aus dem Blickfeld des Teleskops und tauchen dann nach einem bestimmten Zeitraum wieder auf. Auf diese Weise haben Messdaten des Weltraumteleskops Kepler mittlerweile einen umfangreichen Katalog der Rotationsgeschwindigkeiten tausender Sterne ergeben. Für ihre Studie wählten die Wissenschaftler Vergleichskandidaten zur Sonne aus, die sich innerhalb von 20 bis 30 Tagen einmal um ihre eigene Achse drehen. Diese Vergleichsgruppe schränkten sie dann weiter auf 369 Sterne ein, die der Sonne auch in den anderen Grundmerkmalen ähneln. Anschließend erfassten sie dann von 2009 bis 2013 die Helligkeitsschwankungen dieser Sterne.

Ist sie generell ruhig – oder macht sie nur Pause?

Die Vergleichsanalyse ergab: Während die Gesamtstrahlungsleistung der Sonne zwischen aktiven und inaktiven Phasen im Mittel nur um 0,07 Prozent schwankte, zeigten sich bei ihren stellaren Pendants eine deutlich höhere Variationsbreite: Deren Helligkeitsschwankungen sind typischerweise etwa fünfmal so stark, berichten die Astronomen. „Wir waren sehr überrascht, dass die meisten sonnenähnlichen Sterne so viel aktiver sind als die Sonne“, sagt Shapiro.

Den Wissenschaftlern zufolge gibt es zu diesem Ergebnis nun zwei Interpretationsmöglichkeiten. Es könnte einen noch ungeklärten, grundsätzlichen Unterschied zwischen den Aktivitätsmerkmalen von Sternen geben. „Genauso denkbar ist es, dass uns die Sterne mit bekannten und sonnenähnlichen Rotationsgeschwindigkeiten zeigen, zu welchen Aktivitätsschwankungen die Sonne grundsätzlich fähig ist“, so Shapiro. Mit anderen Worten: Die Sonne könnte in der Zeit, für die wir ihre Aktivität abschätzen können, ungewöhnlich inaktiv gewesen sein. Im Umkehrschluss bedeutet das wiederum, dass auch Phasen mit deutlich stärkeren Schwankungen denkbar sind.

Das mag bedrohlich klingen, denn eine hohe Sonnenaktivität kann erhebliche Auswirkungen auf die Erde haben: Sonnenstürme können nicht nur die schönen
Polarlichter zum Leuchten bringen – die Strahlung kann auch Satelliten und technische Einrichtungen beschädigen, das Leben von Astronauten im Weltraum bedrohen und das Erdklima beeinflussen. Grund zur akuten Sorge gibt es den Astronomen zufolge allerdings nicht: Für die absehbare Zukunft deutet nichts auf eine solare „Hyperaktivität“ hin. Momentan zeigt sich die Sonne sogar von ihrer besonders sanften Seite, sagen die Wissenschaftler.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.aay3821

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