Die Form der Sonne verändert sich

Zyklische Deformation: Unsere Sonne ist keine perfekte Kugel, sondern leicht abgeplattet – und diese Abflachung ändert sich zudem periodisch, wie nun eine Studie bestätigt. Demnach beeinflusst unter anderem der solare Zyklus die Sonnenform: In Phasen rund um das solare Maximum nimmt die Abplattung mit der Zahl der Sonnenflecken ab, während des solaren Minimums nimmt sie hingegen mit den Sonnenflecken zu. Außerdem gibt es einen längeren, 89 Jahre dauernden Zyklus der Formveränderung.

Auch wenn Sterne und Planeten in etwa Kugelform haben – perfekte Kugeln sind sie meist nicht. Denn Gravitationskräfte, innere Zusammensetzung und Rotation beeinflussen ihre Form. So ist die Erde beispielsweise durch die Fliehkraft ihrer Eigendrehung am Äquator dicker als von Pol zu Pol gemessen – die Erde ist dadurch leicht abgeplattet. Einige schnellrotierende Riesensterne sind sogar so stark abgeflacht, dass sie eher Kürbissen als Kugeln ähneln.

Wie abgeflacht ist die Sonne?

Doch wie sieht es bei der Sonne aus? Anders als feste Planeten ist die Sonne ein von unzähligen Strömungen geprägter Plasmaball, der sich ständig dynamisch verändert. Dies beeinflusst auch ihre Massenverteilung, Oberfläche und Form. Hinzu kommt, dass die Sonne nicht einheitlich rotiert: Ihr Inneres dreht sich schneller als ihre Oberfläche und am Äquator rotiert das Plasma schneller als an den Polen. Entsprechend komplex und schwierig ist es, ihre Abweichungen von der Kugelform präzise zu ermitteln.

Zumindest für die Abflachung gibt es jedoch erste Näherungswerte auf Basis von Modellen. Demnach liegt der als gravitatives Moment oder Quadrupol-Moment J2 bezeichnete Abflachungswert der Sonne bei rund 0,2 Millionsteln. Das bedeutet, dass der solare Durchmesser über die Pole gemessen rund zwölf Kilometer kürzer ist als der Sonnendurchmesser am Äquator. Einen ähnlichen Wert errechneten Astrophysiker anhand von Messungen der Merkursonde Messenger.

Eine lange Schwankung…

Jetzt zeigen neue Analysen, dass diese Abflachung der Sonne aber nicht konstant bleibt, sondern sich periodisch verändert. Für ihre Studie haben Saliha Eren von der Arktischen Universität Norwegens in Tromsø und Jean-Pierre Rozelot von der Universität Cote d’Azur Daten der letzten 13 Sonnenzyklen analysiert und in ein gängiges Modell für das gravitative Moment der Sonne integriert. Das ermöglichte es ihnen, zeitliche Veränderungen von J2 zu untersuchen.

Das Ergebnis: Im Mittel stimmt der von den Astrophysikern ermittelte J2-Wert zwar mit dem gängigen Referenzwert überein, bei näherem Hinschauen zeigen sich aber periodische Schwankungen. Einer dieser Zyklen dauert etwa 89 Jahre und folgt damit in etwa dem Gleissberg-Zyklus, einer etwa acht elfjährige Sonnenzyklen umfassenden natürlichen Schwankung der Sonnenaktivität. „Es ist der erste Beleg für eine Oszillation von J2 im Bereich dieses Gleissberg-Zykus“, so das Team.

…und klare Trends im Sonnenzyklus

Noch deutlicher jedoch sind Veränderungen der solaren Form im Laufe des elfjährigen Aktivitätszyklus, wie die Forscher feststellten. Immer dann, wenn die solare Aktivität in einer Minimumphase dieses Zyklus ist, entspricht die von J2 repräsentierte mittlere Abplattung in etwa dem Referenzwert. Sie steigt aber mit zunehmender Zahl von Sonnenflecken leicht an. Anders ist es dagegen in Phasen rund um das solare Maximum: Dann liegt der mittlere Wert für J2 unter dem Referenzwert und sinkt mit zunehmender Zahl der Sonnenflecken sogar noch weiter ab.

„Demnach hat das solare Quadrupol-Moment bei kleinen Sonnenfleckenzahlen einen positiven Trend, bei hohen Sonnenfleckenzahlen von 80 bis 250 dagegen einen negativen“, berichten Eren und Rozelot. Zusammengenommen tragen ihre Ergebnisse dazu bei, die physikalischen Einflussfaktoren genauer einzugenzen, die das Verhalten und die Form der Sonne prägen. (Astrophysical Journal, 2023; doi: 10.3847/1538-4357/aca8a4)

Quelle: Observatoire de la Côte d’Azur