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Astronomie|Physik

UV-Flackern als Vorbote solarer Strahlenausbrüche

Sonnenaktivität
Aktive Sonnenregion am Tag vor einem Flare (links) und vor einem ruhigen Tag. © NASA/SDO/AIA/Dissauer et al. 2022

Wenn sich auf unserer Sonne ein starker Strahlenausbruch ereignet, kann dies Folgen für irdische Satelliten und Stromnetze haben. Bisher war es jedoch nicht möglich, solche sogenannten Flares zuverlässig vorherzusagen. Doch jetzt hat ein Forschungsteam ein mögliches Vorwarnzeichen identifiziert. Demnach zeigt die Korona über einer aktiven Region kurz vor dem Strahlenausbruch eine Art Flackern im UV-Bereich. Dabei zeigen sich in diesem Gebiet kurze, lokal eng begrenzte Helligkeitszunahmen. Diese vermutlich mit verstärkten Umlagerungen der Magnetfeldlinien verknüpften Mini-Ausbrüche könnten Vorboten eines großen solaren Strahlenausbruchs in diesem Gebiet sein, wie das Team berichtet.

Obwohl unsere Sonne ein vergleichsweise ruhiger Stern ist, ereignen sich auch auf ihrer Oberfläche immer wieder heftige Strahlenausbrüche und koronare Massenauswürfe. Bei solchen Plasmaeruptionen werden rasende Teilchenströme und energiereiche Strahlung weit ins All hinauskatapultiert. Trifft ein solcher Sonnensturm die Erde, kann er im Extremfall Satelliten, GPS, Telekommunikation und Stromversorgung lahmlegen – mit entsprechend schwerwiegenden Folgen. Doch für eine Vorwarnung bleibt oft nur wenig Zeit: Zwar benötigt der Strom geladener Teilchen aus einem Plasmaauswurf mehrere Tage bis zur Erde, der “Flare” energiereicher Strahlenausbrüche rast jedoch mit Lichtgeschwindigkeit durch das All und erreicht die Erde schon nach acht Minuten. Entsprechend wichtig ist es, solche Ereignisse möglichst frühzeitig vorhersagen zu können.

Wann droht ein solarer Flare?

Bekannt ist, dass die Sonnenaktivität eng mit der Zahl und Größe der sichtbaren Sonnenflecken zusammenhängt. In diesen dunkler erscheinenden Bereichen der Sonnenoberfläche ist das Plasma rund 2000 Grad kühler als in der Umgebung. Ursache dafür ist eine Zone hoher Magnetfeldintensität: Die Feldlinien des solaren Magnetfelds bilden an dieser Stelle weit nach oben reichende Bögen und ineinander verdrillte Knoten, die das Aufsteigen heißen Plasmas hemmen. Sonnenflecken bilden dadurch auch die aktivsten Zonen der Sonnenoberfläche: Kommt es dort zu einem Kontakt und einer Rekombination der Magnetfeldlinien, kann dies einen Plasmaausbruch und einen “Flare” energiereicher Strahlung auslösen. Doch wann ein solcher Ausbruch passiert und welche Sonnenflecken in dieser Hinsicht besonders aktiv sein werden, lässt sich bisher nicht eindeutig vorhersagen.

An diesem Punkt setzt nun die Studie von Forschenden um K.D. Leka von den NorthWest Research Associates in Colorado an. Sie haben die bisher umfangreichste Datenbank an Aufnahmen des Solar Dynamics Observatory (SDO) zusammengetragen und ausgewertet. Dieser Datenkatalog enthält die über acht Jahre hinweg von diesem NASA-Weltraumobservatorium erstellte UV- und Extrem-UV-Aufnahmen von aktiven Regionen auf der Sonne. “Es ist das erste Mal, dass eine Datenbank wie diese für die wissenschaftliche Gemeinschaft zugänglich ist”, erklärt Lekas Kollegin Karin Dissauer. “Sie wird für viele Fragen nützlich sein.” Für ihre Studie haben Leka und Kollegen mithilfe dieser Daten nach Merkmalen gesucht, die aktive, Flare-produzierende Regionen schon im Vorfeld von den nicht-Flare-produzierenden unterscheiden. Dafür glichen sie die vom Sonnenobservatorium detektierten Parameter mit Daten eines auf die Detektion von solaren Röntgenstrahlungsausbrüchen spezialisierten Satelliten in der Erdumlaufbahn ab.

Ultraviolettes Funkeln

Das Forschungsteam entdeckte bei ihrer Auswertung tatsächlich einen Unterschied: Bei den Sonnenflecken, die wenig später einen Strahlenausbruch verursachten, zeigten sich häufig schon im Vorfeld auffällige Fluktuationen in der darüberliegenden Sonnenkorona. “Die Aufnahmen deuten darauf hin, dass solche Regionen eine Neigung zu kurzlebigen, kleinräumigen Helligkeitszunahmen zeigen”, berichten die Wissenschaftler. Die aktiven Zonen zeigen im ultravioletten und extremultravioletten Bereich dadurch eine Vielzahl kleiner “Funken”. Wie das Team erklärt, könnten diese kleinen, kurzen Helligkeitsausbrüche durch kleinräumige Rekonnexions-Ereignisse in diesen Gebieten verursachte werden. Denn solche Neuverbindungen von Magnetfeldlinien tragen der gängigen Theorie zufolge dazu bei, das lokale Magnetfeld der aktiven Regionen noch weiter zu verknäulen und aufzuladen. Die dadurch aufgestaute Energie entlädt sich dann in einem oder mehreren großen Strahlenausbrüchen.

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“Unsere Ergebnisse könnten uns damit einen neuen Marker liefern, an dem wir erkennen können, welche aktiven Regionen auf der Sonne wahrscheinlich demnächst einen Strahlenausbruch produzieren und welche längere Zeit ruhig bleiben”, sagt Leka. Sollte sich dies bestätigen, könnte diese Erkenntnis dabei helfen, solare Flares künftig besser vorhersagen zu können.

Quelle: K.D. Leka (NorthWest Research Associates, Boulder) et al., The Astrophysical Journal, doi: 10.3847/1538-4357/ac9c04

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