Bei der Durchführung von Sonnenastronomie haben Wissenschaftler festgestellt, dass die verworrenen Magnetfeldlinien der Sonne in regelmäßigen Abständen brechen und sich dann neu ausrichten. Dieser Vorgang wird als magnetische Wiederverbindung bezeichnet, bei der die magnetische Topologie eines Körpers neu angeordnet wird und magnetische Energie wird in kinetische Energie, thermische Energie und Teilchenbeschleunigung umgewandelt.
Bei der Beobachtung der Sonne beobachtete ein Team indischer Astronomen jedoch kürzlich etwas noch nie da gewesenes – eine magnetische Wiederverbindung, die durch eine nahe Eruption ausgelöst wurde. Diese Beobachtung hat eine jahrzehntealte Theorie über magnetische Wiederverbindungen und externe Treiber bestätigt und könnte auch zu einer Revolution in unserem Verständnis von Weltraumwetter und kontrollierten Fusions- und Plasmaexperimenten führen.
Das für die Entdeckung verantwortliche Team wurde von Abhishek Srivastava, einem Solarwissenschaftler vom Indian Institute of Technology (BHU), geleitet und umfasste Astronomen der University of South Bohemia, der School of Earth and Space Sciences der Peking University, Center for Mathematic Plasma Astrophysics, das Indian Institute of Astrophysics und das Armagh Observatory.
Mit Daten des Solar Dynamics Observatory der NASA beobachteten Srivastava und seine Kollegen eine magnetische Explosion wie keine andere. Es begann im oberen Bereich der Sonnenatmosphäre (der Korona), wo eine große Materialschleife (auch bekannt als Prominenz) durch eine Eruption von der Sonnenoberfläche ins Leben gerufen wurde. Diese Schleife begann dann zurück zur Oberfläche abzusinken, lief dann aber auf eine Masse verschränkter Feldlinien, was eine magnetische Explosion auslöste.
Wie Abhishek Srivastava, ein Solarwissenschaftler vom Indian Institute of Technology (BHU), erklärte:
„Dies war die erste Beobachtung eines externen Treibers der magnetischen Wiederverbindung. Dies kann sehr nützlich sein, um andere Systeme zu verstehen. Zum Beispiel die Magnetosphären der Erde und des Planeten, andere magnetisierte Plasmaquellen, einschließlich Experimenten im Labormaßstab, bei denen Plasma stark diffus und sehr schwer zu kontrollieren ist.“
In früheren Fällen waren magnetische Rückverbindungen, die sowohl auf der Sonne als auch um die Erde herum beobachtet wurden, spontaner Natur. Diese treten nur auf, wenn die Bedingungen in einer bestimmten Region der Sonne genau richtig sind, die eine dünne Schicht ionisierten Gases (auch bekannt als Plasma) enthält, die nur elektrischen Strom leitet – aber nur schwach.
Während die Möglichkeit einer erzwungenen Wiederverbindung – angetrieben durch Explosionen – vor 15 Jahren erstmals theoretisiert wurde, wurde noch nie zuvor eine direkte Verbindung gesehen. Diese Art der Wiederverbindung kann an einer breiteren Palette von Orten erfolgen, an denen Plasmaplatten einen noch geringeren Widerstand gegenüber der Leitung von elektrischem Strom haben. Es erfordert jedoch auch eine Eruption, um sie auszulösen, die das Plasma und die Magnetfelder zusammendrückt und dazu führt, dass sie sich wieder verbinden.
Künstlerische Darstellung der Feldlinien der Sonne, basierend auf Daten, die vom SDO gesammelt wurden. Bildnachweis: NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory
Mit dem SDO konnte das Team dieses Plasma untersuchen, indem es die Sonne bei einer Wellenlänge untersuchte, die Partikel zeigte, die auf zwischen 1 – 2 Millionen °C (1,8 – 3,6 Millionen °F) erhitzt wurden. Dies ermöglichte es ihnen, zum ersten Mal in der Geschichte ein erzwungenes Wiederverbindungsereignis in der Sonnenkorona zu beobachten und Bilder aufzunehmen. Es begann damit, dass die Prominenz der Korona in die Photosphäre zurückfiel, wo sie in ein Durcheinander von Feldlinien lief und sich in einer markanten X-Form wieder verband.
Magnetische Wiederverbindungen bieten eine mögliche Erklärung dafür, warum die Korona der Sonne tatsächlich Millionen Grad heißer ist als die untere Atmosphäre – was für Astronomen ein anhaltendes Rätsel war. Um dies anzugehen, haben Solarwissenschaftler Jahrzehnte damit verbracht, nach einem möglichen Mechanismus zu suchen, der für den Antrieb dieser Wärme verantwortlich sein könnte.
Vor diesem Hintergrund beobachteten Srivastava und sein Team das Plasma in mehreren ultravioletten Wellenlängen, um seine Temperatur nach dem Wiederverbindungsereignis zu berechnen. Die Daten zeigten, dass die Prominenz, die kühler war als die umgebende Korona, nach dem Wiederverbindungsereignis heißer wurde. Dies deutet darauf hin, dass eine erzwungene Wiederverbindung für die lokale Erwärmung der Korona verantwortlich sein könnte.
Während die spontane Wiederverbindung immer noch ein beitragender Faktor sein könnte, scheinen erzwungene Wiederverbindungen ein größerer zu sein, da sie in der Lage sind, die Plasmatemperaturen schneller, höher und kontrollierter zu erhöhen. In der Zwischenzeit werden Srivastava und seine Kollegen weiterhin nach weiteren erzwungenen Wiederverbindungsereignissen suchen, in der Hoffnung, die Mechanismen dahinter und die Häufigkeit, die sie ereignen könnten, besser zu verstehen.
Diese Ergebnisse könnten auch zu weiteren Sonnenforschungen führen, um zu sehen, ob Eruptionsereignisse wie Flares und koronale Massenauswürfe auch eine erzwungene Wiederverbindung verursachen könnten. Da diese Eruptionen die treibende Kraft des Weltraumwetters sind, das Satelliten und die elektronische Infrastruktur hier auf der Erde verwüsten kann, könnten weitere Forschungen zur erzwungenen Wiederverbindung zu besseren Vorhersagemodellen beitragen
Diese wiederum würden es ermöglichen, im Falle eines Aufflackerns oder Auswurfs frühzeitige Warnungen und präventive Maßnahmen zu ergreifen. Das Verständnis, wie die magnetische Wiederverbindung durch einen externen Treiber erzwungen werden kann, könnte auch zu Durchbrüchen im Labor führen. Dies gilt insbesondere für Fusionsexperimente, bei denen Wissenschaftler daran arbeiten, herauszufinden, wie Ströme von überhitztem Plasma kontrolliert werden können.
Kredit: NASA , Das Astrophysikalische Journal
