Eine erste detailgenaue Nahansicht eines Sonnenfleckens haben Wissenschaftler jetzt mithilfe einer hochauflösenden Simulation erstellt. Sie gibt einen Einblick in die komplexe Struktur dieses solaren Magnetfeld-Phänomens und hilft dabei, die dahinter stehenden physikalischen Prozesse zu enträtseln.
Sonnenflecken gehören zu den beeindruckendsten Phänomenen auf der Oberfläche der Sonne. Oft sind diese Manifestationen von Magnetfeldänderungen mit gewaltigen Eruptionen von geladenem Plasma verbunden, die weit ins All hinausschießen und bei uns elektromagnetische Stürme auslösen können. Jetzt ist es Wissenschaftlern des amerikanischen National Center for Atmospheric Research (NCAR) und des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung erstmals gelungen, ein umfassendes und genaues Modell von Sonnenflecken im Computer zu erzeugen.
Modell in achtfacher Erdgröße
Für ihr Modell entwarfen die Forscher einen virtuellen dreidimensionalen Raum, der ein Gebiet der Sonnenoberfläche von rund 50.000 x 100.000 Kilometern Größe und knapp 6.000 Kilometern Tiefe simuliert. Mithilfe einer Reihe von Gleichungen zu den physikalischen Gesetzen des Energietransfers, der Strömungsdynamik, der magnetischen Induktion und anderen Phänomenen simulierten sie dann die Sonnenfleckendynamik an mehr als 1,8 Milliarden Bezugspunkten innerhalb dieses Gebiets. Die Auflösung lag damit bei rund 15-30 Kilometern.
Eine solche Mammutrechnung war nur durch geballte Computer-Power möglich. Doch selbst der Superrechner „Bluefire“, der 76 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde leisten kann, benötigte für die Fertigstellung dieser Simulation mehrere Wochen.
Komplexe Filamentstruktur
Die Detailaufnahme eines Sonnenfleckens mit seinem dunklen Zentrum und der helleren äußeren Penumbra zeigt eine komplexe Struktur mit schmalen, fast horizontalen Filamenten, die in einem Hintergrund mit vertikaleren Magnetfeldlinien eingebettet sind. Weiter außen, dominieren ausgedehnte Flecken der horizontalen Felder.
„Dies ist das erste Mal, dass wir ein Modell eines ganzen Sonnenfleckens haben”, erklärt Matthias Rempel, Forscher am High Altitude Observatory des NCAR. „Wenn man alle Triebkräfte des atmosphärischen Systems der Erde verstehen will, dann muss man wissen, wie Sonnenflecken entstehen und sich entwickeln. Unsere Simulationen werden die Erkenntnisse zu den inneren Prozessen der Sonne genauso voranbringen wie das Wissen um die Verbindungen zwischen dem solaren Ausstoß und der Erdatmosphäre.“
(UCAR, 26.06.2009 – NPO)
