Die Sonne bewegt sich in ihrem Inneren viel langsamer als bisher angenommen: Anstatt mit der Geschwindigkeit eines Düsenflugzeuges strömt das Plasma dort nur im Schritttempo. Das hat ein internationales Team unter Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau herausgefunden. Für ihre Studie hatten die Astrophysiker Milliarden von einzelnen Messdaten des Sonnenteleskops „Solar Dynamics Observatory“ (SDO) ausgewertet. Das solare Plasma ströme demnach 20- bis 100-Mal langsamer als die gängigen theoretischen Modelle es vorhersagen. Das aber wecke die Frage, ob diese Theorien richtig und vollständig seien und welcher Mechanismus letztlich dafür sorge, dass die Hitze aus dem Sonneninneren an die Oberfläche gelange, konstatieren die Forscher im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“. Eine Erklärung dafür müsse man nun suchen.
„Diese unerwartet niedrigen Geschwindigkeiten sind das bemerkenswerteste helioseismologische Ergebnis seit dem Start des Sonnenobservatoriums SDO“, schreibt Laurent Gizon vom MPS in einem begleitenden Kommentar. In der Helioseismologie gewinnen Astrophysiker aus den Schwingungen der Sonnenoberfläche Aufschluss über die Bewegungen und Prozesse im Inneren des Sterns. Nach Ansicht des Forschers werfen die neuen Erkenntnisse ein ganz neues Licht auf die Sonne und ihre Dynamik. Sie zeigten aber auch, wie schwierig es sei, eines der grundlegendsten physikalischen Prozesse in der Sonne und anderen Sternen zu verstehen: die Konvektion.
Brodelnde Plasmasuppe bringt Hitze an die Oberfläche
Die Sonne gleicht in ihrem äußeren Drittel einem Topf mit kochendem Wasser: Getrieben von der gewaltigen Hitze im Innern des Sterns steigt heißes Plasma auf, kühlt weiter oben ab und sinkt dann wieder hinunter. Dieser Vorgang, den Wissenschaftler als Konvektion bezeichnen, transportiert Energie nach außen und bestimmt Struktur und Entwicklung der Sonne. Shravan Hanasoge vom MPS und seinen Kollegen haben nun die Vorgänge in der Konvektionsschicht aus den neuesten Beobachtungsdaten der Sonnenoberfläche abgeleitet.
Mit Hilfe ihrer Auswertungen konnten die Forscher die Strömungsgeschwindigkeiten des Plasmas noch in einer Tiefe von 55.000 Kilometern bestimmen. Diese Tiefe entspricht acht Prozent des Sonnenradius. Dort bewegte sich das heiße Plasma nur mit weniger als einigen Metern pro Sekunde auf und ab – und damit bis zu hundertmal langsamer als bisher angenommen.
Observatorium beobachtet Sonnenoberfläche
Schlüssel zu den neuen Ergebnissen waren Daten des NASA-Sonnenobservatoriums SDO, das die Sonnenoberfläche seit Anfang 2010 vom All aus beobachtet. Der Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) an Bord dieses Observatoriums misst die Plasmaströmungen an der Sonnenoberfläche mit extrem hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung.
Lässt ein Schwingungspuls im Inneren der Sonne Plasma aufsteigen, misst das Instrument, wann die dadurch ausgelösten Rippel an verschiedenen Stellen der Sonnenoberfläche erscheinen und wie schnell sie sind. Pro Tag sendet das Sonnenobservatorium tausende von Daten über diese Bewegungen des solaren Plasmas zur Erde zurück. Weil die Konvektionsströme tief im Sonneninneren die Ausbreitung dieser Rippel beeinflussen, können die Forscher aus deren Verzögerungen Rückschlüsse darauf ziehen, wie schnell die Konvektion im Inneren abläuft. (doi:10.1073/pnas.1206570109)
(Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 23.07.2012 – NPO)
