Wissenschaftler haben sich schon lange gefragt, warum die heiße Suppe aus geladenen Teilchen in der Atmosphäre unserer Sonne immer heißer wird, wenn sie sich von der Sonnenoberfläche entfernt.
Neue Forschungsergebnisse könnten die Antwort liefern: Die superheiße Natur der äußeren Atmosphäre oder „Korona“ der Sonne könnte auf das faszinierende Verhalten kleiner Wellen in diesem nebulösen Plasma zurückzuführen sein. Diese Wellen, die Wissenschaftler als „kinetische Alfvén-Wellen“ oder „KAWs“ bezeichnen, sind wellenartige Schwingungen von Magnetfeldern, die sich durch Bewegungen in der Photosphäre der Sonne manifestieren.
Die Ergebnisse könnten einen wichtigen Hinweis zur Entschlüsselung des scheinbar der Physik widersprechenden „Rätsels der Koronaerwärmung“ liefern, warum die Korona hunderte Male heißer ist als die sichtbare „Sonnenoberfläche“ oder Photosphäre, die das gesamte Licht ausstrahlt, das wir von der Sonne sehen.
Das Team hinter dieser Forschung 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 erwärmen. Somit dienen sie als wichtiger, wenn auch kleiner Mechanismus zur Energieübertragung im Sonnenplasma.
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Ayaz sagte, dieses Phänomen könnte erklären, warum die sichtbare Oberfläche der Sonne etwa 10.000 Grad Fahrenheit (5.500 Grad Celsius) hat, während die Korona, die den obersten Teil der Sonnenatmosphäre markiert, über 2 Millionen Grad Fahrenheit (1,1 Millionen Grad Celsius) hat.
„Seit Jahrzehnten haben sich Alfvén-Wellen als die besten Kandidaten für den Energietransport von einem Ort zum anderen erwiesen“, sagte Ayaz kürzlich in einer Erklärung. „Bisher hat keine solare Raumsondenmission Vorhersagen zu diesen Phänomenen in der Nähe der Sonne geliefert.“
Wie das Mysterium der Koronaerwärmung der Physik trotzt
Der Großteil der Sonnenenergie stammt aus ihrem Kern, wo die Kernfusion stattfindet. Das bedeutet, dass die Sonne heißer werden sollte, je tiefer man in sie vordringt. 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 deutlich heißer als die Photosphäre.
Ayaz und seine Kollegen untersuchten den Einfluss von KAWs im Plasma, das bis zu einer Höhe schwebte, die dem Zehnfachen des Sonnenradius entspricht. Wenn die Wellen in solchen Entfernungen mit dem geladenen Plasma der Sonne interagieren, das mit „Ionen“ gefüllt ist, Atomen, denen ihre Elektronen entzogen wurden, lösen sie sich „schnell auf und übertragen ihre Energie vollständig in Form von Erwärmung auf Plasmateilchen“. Sagte Ayaz.
Die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass die Energie der Wellen die Korona erreichen und sie erhitzen kann. Allerdings bleibt abzuwarten, wie viel sie zur Temperatur der Korona beitragen.
Diese neue Forschung „bietet wichtige Einblicke in das kritische Problem, wie Energie in einem Magnetfeld umgewandelt wird, um ein Plasma zu erhitzen, das aus geladenen Teilchen wie Protonen und Elektronen besteht“, sagte Gary Zank, Direktor des Zentrums für Weltraumplasma- und Aeronomforschung an der Universität aus Alabama, der nicht an der Arbeit beteiligt war.
Die Ergebnisse der neuesten Studie werden durch Daten des Solar Orbiter der Europäischen Weltraumorganisation und des Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA untermauert. Das SDO hat zuvor herausgefunden, dass eine andere Art hochfrequenter, bogenförmiger Magnetwellen, 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 heißen Schicht beitragen können .
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 der Sonne zu sammeln.
Diese Strahlen geben besonders Aufschluss darüber, wie oft in unserem Stern Energieausbrüche freigesetzt werden, was Wissenschaftlern helfen könnte, mehr darüber zu erfahren, wie die Korona erhitzt wird.
Auch wenn Wissenschaftler weiterhin daran arbeiten, das Rätsel zu lösen, wie die Korona der Sonne so heiß wird, werden 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 enthalten, die an das umgebende Plasma abgegeben wird, es aufheizt und stürmische Sonnenwinde beschleunigt.
Allerdings ergab eine Analyse der ersten 14 Runden der Parker Solar Probe um die Sonne, die in einem separaten Artikel veröffentlicht wurde, der am Montag in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, keinen Hinweis auf das gesuchte Merkmal innerhalb der Korona.
Mojtaba Akhavan-Tafti, ein Forschungswissenschaftler an der University of Michigan, der die Studie leitete, wies in einer Erklärung darauf hin, dass die bevorstehenden Reisen der Parker Solar Probe in die Sonne, die voraussichtlich bereits im Dezember dieses Jahres stattfinden werden, weitere Einblicke in die jahrzehntealte Sonne liefern könnten Geheimnis.
Die Studie des Teams wurde letzte Woche im Astrophysical Journal veröffentlicht.
