Haben Sie schon einmal den heißen Sommerwind über ein reifendes Weizenfeld wehen sehen? Wenn ja, kennen Sie den Welleneffekt. Stellen Sie sich nun dieselbe Ernte vor – nur die Stängel sind 32.000 Fuß hoch und befinden sich auf der Sonnenoberfläche. Dieser kaskadierende Effekt wird Alfvén-Wellen genannt.
Dank des Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA können wir jetzt die Wirkung von Alfvén-Wellen sehen, ihre Bewegungen verfolgen und sehen, wie viel Energie mitgeführt wird. Diese neuen Erkenntnisse haben Sonnenforscher erhellt und könnten der Schlüssel zu zwei weiteren rätselhaften Sonnenereignissen sein – der intensiven Erwärmung der Korona auf etwa 20-mal heißer als die Sonnenoberfläche und Sonnenwinden, die bis zu 2,4 Millionen Kilometer pro Stunde wehen.
„SDO hat eine erstaunliche Auflösung, sodass Sie tatsächlich einzelne Wellen sehen können“, sagt Scott McIntosh vom National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado. Es hat das Äquivalent von etwa 1100 W Glühbirne pro 11 Quadratfuß der Sonnenoberfläche, was ausreicht, um die Sonnenatmosphäre zu erwärmen und den Sonnenwind anzutreiben.“
Bildnachweis: NASA / SDO / AIA
Wie McIntosh in seinem 28. Juli betontNaturArtikel, Alfvén-Wellen sind ziemlich einfach. Ihre Bewegung bewegt sich entlang der magnetischen Feldlinien auf und ab, ähnlich wie sich eine Schwingung entlang einer Gitarrensaite ausbreitet. Das die Sonne umhüllende Plasmafeld bewegt sich im Einklang mit den Feldlinien. Das SDO kann diese Bewegung „sehen“ und verfolgen. Obwohl das Szenario viel komplexer ist, ist das Verständnis der Wellen der Schlüssel zum Verständnis der Natur der Sonne-Erde-Verbindung und anderer weniger klarer Fragen wie der Ursachen der koronalen Erwärmung und der Geschwindigkeiten des Sonnenwinds.
„Wir wissen, dass es Mechanismen gibt, die ein riesiges Energiereservoir an der Sonnenoberfläche bereitstellen“, sagt der Weltraumforscher Vladimir Airapetian vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Diese Energie wird in Magnetfeldenergie gepumpt und in die Sonne getragen Atmosphäre und dann als Wärme freigesetzt.“ Aber die Einzelheiten dieses Mechanismus wurden lange diskutiert. Airapetian weist darauf hin, dass eine Studie wie diese bestätigt, dass Alfvén-Wellen Teil dieses Prozesses sein könnten, dass wir jedoch selbst mit SDO noch nicht die Bildauflösung haben, um dies endgültig zu beweisen.
Hannes Alfvén hat die Wellen erstmals 1942 theoretisiert, aber erst 2007 wurden sie tatsächlich beobachtet. Dies bewies, dass sie Energie von der Sonnenoberfläche in die Atmosphäre transportieren konnten, aber die Energie war zu schwach, um die hohe Hitze der Korona zu erklären. Diese Studie besagt, dass diese ursprünglichen Zahlen möglicherweise unterschätzt wurden. McIntosh analysierte in Zusammenarbeit mit einem Team von Lockheed Martin, der norwegischen Universität Oslo und der belgischen Katholischen Universität Leuven die großen Schwingungen in Filmen des SDO-Instruments Atmospheric Imagine Assembly (AIA), die am 25. April 2010 aufgenommen wurden. „Unser Codename für diese Forschung war ‚The Wiggles'“, sagt McIntosh. 'Weil das Filme sieht wirklich so aus, als ob die Sonne aus Wackelpudding besteht, das überall hin und her wackelt. Dieses Wackeln trägt eindeutig Energie.“
Die „Wackeln“ – bekannt als Spicules – wurden dann den Alfvén-Wellen nachempfunden und für gut befunden. Sobald sie lokalisiert waren, konnte das Team die Form, Geschwindigkeit und Energie der Wellen analysieren. „Die Sinuskurven wichen bei Geschwindigkeiten von über 50 km/s nach außen ab und wiederholten sich alle 150 bis 550 Sekunden. Diese Geschwindigkeiten bedeuten, dass die Wellen energiereich genug wären, um den schnellen Sonnenwind zu beschleunigen und die ruhige Korona zu erhitzen.“ sagt die Mannschaft. „Auch die Kürze der Wiederholung – die sogenannte Wellenperiode – ist wichtig. Je kürzer die Periode, desto leichter kann die Welle ihre Energie an die koronale Atmosphäre abgeben, ein entscheidender Schritt in diesem Prozess.“
Nach vorläufigen Daten stiegen die Spicula auf koronale Temperaturen von mindestens 1,8 Millionen Grad Fahrenheit. Die Paarung von Alfvén-Wellen und Hitze kann gerade ausreichen, um die Korona auf ihrer aktuellen Temperatur zu halten … aber nicht genug, um Strahlungsausbrüche zu verursachen. „Zu wissen, dass die Wellen möglicherweise genug Energie haben, ist nur die eine Hälfte des Problems“, sagt Goddards Airapetian. „Die nächste Frage ist, herauszufinden, welcher Anteil dieser Energie in Wärme umgewandelt wird. Es könnte alles sein oder es könnten 20 Prozent davon sein – also müssen wir die Details dieser Konvertierung kennen.“
Mehr studieren? Darauf kannst du wetten'. Und das SDO-Team ist dieser Aufgabe gewachsen.
„Wir verstehen den Prozess immer noch nicht ganz, aber wir bekommen immer bessere Beobachtungen“, sagt McIntosh. „Der nächste Schritt besteht darin, dass die Leute die Theorien und Modelle verbessern, um die Essenz der Physik, die gerade passiert, wirklich zu erfassen.“
Quelle der Originalgeschichte: NASA SDO-Nachrichten .
