Die dunklen Gebiete auf der Sonnenoberfläche, die so genannten Sonnenflecken, geben Wissenschaftlern noch immer Rätsel auf. Denn welche Vorgänge Teile ihres äußeren Kranzes zum Leuchten bringen, war bisher völlig unklar. Wissenschaftler haben nun erstmals eine Erklärung für dieses Phänomen geliefert. Ihre Messungen zeigen, dass – anders als erwartet – auch in diesen äußeren Bereichen heißes Plasma aufsteigen und seine Energie in Form von Strahlung abgeben kann.
Unter der sichtbaren Oberfläche der Sonne brodelt es. Mehrere tausend Grad heißes Plasma drängt ständig aus dem Innern des Sterns nach oben, kühlt sich ab und sinkt dann wieder herab. Ein Teil der Wärmeenergie des Plasmas wird dabei in sichtbare Strahlung umgewandelt: Die Sonne leuchtet. Nur in den Sonnenflecken ist dies anders. Hier unterdrücken starke Magnetfelder wie Fesseln die Bewegung des Plasmas. Die Flecken sind deshalb etwa 2.000 Grad kühler als ihre etwa 6.000 Grad heiße Umgebung – und erscheinen deshalb im Vergleich dunkel.
Leuchtende Strukturen im äußeren Kranz
Doch nicht der gesamte Sonnenfleck ist dunkel. Sein äußerer Kranz, die Penumbra, die oft bis zu 80 Prozent der Gesamtfläche des Flecks ausmacht, ist durchsetzt von hell leuchtenden Strukturen. Wie lang gezogene Fasern umgeben sie den Sonnenfleck. Bisher gab es für diesen Aufbau keine Erklärung. Denn auch im Außenbereich gibt es starke Magnetfelder, die ein Leuchten eigentlich verhindern müssten. Ein weiteres Rätsel: Vor weniger als einem Jahr beobachteten japanische Wissenschaftler, dass sich manche dieser hellen Strukturen um ihre Längssachse verdrehen und verdrillen.
Die neuen Messungen der Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Katlenburg-Lindau könnten nun beide Phänomene zusammenführen. Ausgangspunkt für diese Untersuchungen waren Daten, die die Forscher mit dem Schwedischen Sonnenteleskop (Swedish Solar Telescope) auf der spanischen Insel La Palma aufgenommen haben. Aus diesen Daten konnten sie jetzt das Magnetfeld und die Strömungsgeschwindigkeit in einer Penumbra mit einer Auflösung von 150 Kilometern berechnen.
Fesseln des Magnetfeldes gelockert
Die Berechnungen zeigen, dass die Fesseln des Magnetfeldes nicht überall das Aufsteigen heißen Materials verhindern können, sondern stellenweise gelockert sind. „Innerhalb der hellen Gebiete ist das Magnetfeld schwächer“, erklärt Johann Hirzberger vom MPS. Hier kann das Plasma zirkulieren und die darüber liegenden Gebiete zum Leuchten bringen. Durch die Bewegung entsteht zudem der Eindruck, dass sich die an der Oberfläche sichtbaren Strukturen um ihre Achse drehen.
„Die Physik der Sonnenflecken genau zu kennen, ist für unser gesamtes Verständnis der Sonne entscheidend“, sagt Vasily Zakharov vom MPS. Denn die Magnetfeldstruktur der Flecken beeinflusst auch die darüberliegenden Schichten der Sonnenatmosphäre, wo zum Teil heftige Strahlungs- und Teilchenausbrüche entstehen. Eine solche Sonneneruption ist vor etwa zwei Jahren auch von dem Sonnenfleck ausgegangen, den die MPS-Wissenschaftler jetzt untersucht haben.
(Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, 02.09.2008 – DLO)
