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Wieso die Korona der Sonne einige Millionen Grad hat, die Schichten näher am Kern aber nur ein paar tausend Grad erreichen

Spikulen treten vor allem dort auf, wo sich zum Netzwerk aus starken Magnetfeldern positiver Polarität ein schwächeres Feld negativer Polarität gesellt (unterste Schicht). Aufnahmen mit Hilfe des Solar Dynamics Observatory (oberstes Bild) zeigen, dass die Spikulen heißes Plasma und somit Energie in die Korona leiten. Quelle: Samanta et al., BBSO/GST and NASA/SDO

Plasmastrukturen, so genannte „Sonnenfinger“, entstehen durch Veränderungen in den Magnetfeldern und schleudern Energie nach außen

Die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona, ist unvorstellbar heiß: Mit einigen Millionen Grad übersteigen ihre Temperaturen die der darunter gelegenen Chromosphäre um ein Vielfaches – und das, obwohl die Korona einen deutlich größeren Abstand vom Hitze generierenden Kern der Sonne hat. Wie die Energie vom Inneren des Himmelskörpers nach außen gelangt, gehört zu den großen Fragen der Sonnenphysik.

Die These, dass fingerförmige und langgezogene „Sonnenfinger“ (Spikulen) in der Chromosphäre dafür verantwortlich sind, konnte ein internationales Team von Forschern um Dr. Tanmoy Samanta von der Peking University jetzt erhärten. „Durch gezielte Beobachtungen vom Boden und aus dem All konnten wir zeigen, dass die Spikulen zur Aufheizung der Korona beitragen“, fasst Professor Dr. Hardi Peter vom Max-Planck-Institut für Sonnenforschung an der Universität Göttingen die Ergebnisse zusammen. Er war an der neuen Studie maßgeblich beteiligt.

Spikulen sind ebenso häufige wie rätselhafte Geschehnisse auf der Sonne. Die fingerartigen Strukturen von typischerweise 5000 km Länge und nur etwa 200 km Breite treten überall in der Chromosphäre auf, manchmal gar gehäuft in kleineren Gruppen. „Spikulen haben eine sehr schlanke Form“, beschreibt Peter seinen Forschungsgegenstand. „Ihr Verhältnis von Länge zu Breite ist vergleichbar mit dem des Berliner Fernsehturms am Alexanderplatz.“

Zudem haben die „Sonnenfinger“ nur Lebensdauern von 1 bis 12 Minuten, was die Beobachtung erschwert.

In der Chromosphäre der Sonne zeigen sich die Spikulen als langgezogene, fingerartige Strukturen. Sie sind typischerweise 5000 km lang und nur etwa 200 km breit. Quelle: Samanta et al., BBSO/GST and NASA/SDO

Die Wissenschaftler konnten nun mithilfe spezieller Teleskope, mit Geräten für die Messung von Infrarotstrahlung und mit Forschungssonden Erkenntnisse darüber gewinnen, wie die Spikulen entstehen: Ihr Auftreten ist eine Folge magnetischer Felder und geschieht dann, wenn sich in der Oberfläche der Sonne, wo normalerweise ein Netz aus Bereichen starker positiver magnetischer Polarität wabert, sich schwächere Felder mit negativer Polarität bilden.

Dann richten sich die fingerartigen Ströme auf, in denen sich das Plasma mit Geschwindigkeiten von durchschnittlich zwischen 15 und 40 km pro Sekunde von der Sonne wegeschleudert wird. Peter schlussfolgert: „Die Magnetfelder in diesen Bereichen strukturieren sich offenbar so um, dass Energie frei wird, was die Spikulen erzeugt.“

„Ob die Spikulen genug Energie liefern, um den gesamten Temperaturunterschied zwischen Chromosphäre und Korona zu erklären, ist noch unklar“, so Peter. „Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass die Spikulen sicherlich ein Teil jeder Gesamttheorie der Korona-Aufheizung sein müssen.“

Die starken magnetischen Felder auf der Sonnenoberfläche entstehen als Folge gewaltiger Auf- und Abströme aus tiefer liegenden Schichten, so der aktuelle Wissensstand.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

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(05.12.2019)