SOHO-Aufnahme der Sonne, die Magnetfelder (gelbe Linien) und den Sonnenwind (rote Pfeile) zeigt. Bildnachweis: NASA/ESA. Klicken um zu vergrößern.
Eine Schicht tief in der Sonnenatmosphäre kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Sonnenwinds abzuschätzen, einem Strom elektrifizierten Gases, der ständig von der Sonne bläst. Die Schätzung der Geschwindigkeit des Sonnenwinds wird die Weltraumwettervorhersagen verbessern, was die Erforschung der Planeten durch den Menschen unterstützen wird.
Der Sonnenwind strömt aus der heißen, dünnen äußeren Atmosphäre der Sonne, der „Corona“. Die Forscher waren überrascht, als sie entdeckten, dass die Struktur der kühleren, dichten unteren Atmosphäre der Sonne, genannt Chromosphäre , könnte verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Sonnenwinds abzuschätzen.
Dies war unerwartet, da der Sonnenwind ein Phänomen der Korona ist und die Chromosphäre so tief ist – es ist die Schicht direkt über der sichtbaren Oberfläche der Sonne. „Es ist, als würde man entdecken, dass die Quelle des Nils weitere 500 Meilen im Landesinneren liegt“, sagte Dr. Scott McIntosh vom Southwest Research Institute, Boulder, Colorado, Hauptautor eines Artikels zu dieser Forschung, der am 10. Mai im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.
Die neue Arbeit verspricht, die Genauigkeit von Weltraumstrahlungsvorhersagen zu erhöhen. Die Sonne schleudert gelegentlich milliardenschwere Explosionen elektrifizierten Gases, sogenannte koronale Massenauswürfe (CMEs), mit Millionen von Meilen (Kilometern) pro Stunde in den Weltraum. Wenn ein schneller CME durch langsamen Sonnenwind pflügt, baut sich vor dem CME ein Schock auf, der die elektrisch geladenen Sonnenwindpartikel beschleunigt. Diese schnellen Partikel können Satelliten stören und sind für ungeschützte Astronauten gefährlich.
„So wie die Kenntnis weiterer Details über die Atmosphäre hilft, die Intensität eines Hurrikans vorherzusagen, hilft die Kenntnis der Geschwindigkeit des Sonnenwinds, die Intensität von Weltraumstrahlungsstürmen von CMEs zu bestimmen“, sagte Co-Autor Dr. Robert Leamon von L-3 Regierungsdienste im Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md.
Wie der Wind auf der Erde ist der Sonnenwind böig und hat eine Geschwindigkeit von etwa 750.000 Meilen pro Stunde (etwa 350 km/Sekunde) bis 1,5 Millionen Meilen pro Stunde (700 km/Sekunde).
Da der Sonnenwind aus elektrisch geladenen Teilchen besteht, reagiert er auf Magnetfelder, die die Sonnenatmosphäre durchdringen. Sonnenwindpartikel fließen entlang unsichtbarer magnetischer Kraftlinien wie Autos auf einer Autobahn. Wenn sich die magnetischen Feldlinien wie in „Coronal Hole“-Regionen gerade in den Weltraum biegen, wirkt der Sonnenwind wie Autos auf einem Drag Strip, der mit hoher Geschwindigkeit dahinrast. Wenn sich die magnetischen Feldlinien stark zur Sonnenoberfläche zurückbiegen, wie das Muster von Eisenspäne um einen Stabmagneten, wirkt der Sonnenwind wie Autos im Stadtverkehr und tritt relativ langsam aus. Wissenschaftler wissen dies seit über dreißig Jahren und verwenden es, um eine grobe Schätzung der Geschwindigkeit des Sonnenwinds abzugeben – entweder schnell oder langsam.
In der neuen Arbeit hat das Team die Geschwindigkeit des Sonnenwinds, der an der Erde vorbeibläst, an Variationen gebunden, die tiefer in der Sonnenatmosphäre liegen als zuvor festgestellt (oder sogar erwartet). Durch Messung der Zeit, die eine Schallwelle braucht, um zwischen zwei Höhen in der Chromosphäre zu wandern, konnten sie feststellen, dass die Chromosphäre mit ihren offenen Magnetfeldern unter koronalen Löchern effektiv „dünn gestreckt“ ist, aber unter magnetisch geschlossenen Regionen komprimiert wird.
Das Team nutzte die Beobachtung, um aus der Struktur der Chromosphäre einen kontinuierlichen Bereich der Sonnenwindgeschwindigkeiten abzuleiten. Je breiter die chromosphärische Schicht ist, desto mehr kann sie sich durch offene Magnetfelder ausdehnen und desto schneller weht der Sonnenwind. Diese neue Methode ist genauer als die alte Schätzung „schnell oder langsam“.
Die NASA-Raumsonde Transition Region and Coronal Explorer (TRACE) wurde verwendet, um die Geschwindigkeit von Schallwellen in der Chromosphäre zu messen, und die NASA-Raumsonde Advanced Composition Explorer (ACE) wurde verwendet, um die Sonnenwindgeschwindigkeit zu messen, während sie an der Erde vorbeiwehte. Ein Vergleich der Daten der beiden Raumfahrzeuge ergab die Verbindung.
„Vor dieser Entdeckung konnten wir die Sonnenwindgeschwindigkeit nur von Raumfahrzeugen bestimmen, die sich ungefähr auf einer Linie zwischen Erde und Sonne befanden, wie ACE, WIND und dem Solar and Heliosphere Observatory. Diese Raumschiffflotte wurde entlang der Erde-Sonne-Linie platziert, weil wir über das kommende Weltraumwetter Bescheid wissen müssen. Verglichen mit der Größe unseres Sonnensystems ist dies jedoch ein sehr enger Bereich; es ist, als würde man durch einen Soda-Strohhalm schauen. Mit dieser Entdeckung können wir TRACE verwenden, um Bilder zu erstellen, die die Sonnenwindgeschwindigkeit im halben Sonnensystem vorhersagen können“, sagte Dr. Joe Gurman, ein Sonnenforscher bei NASA Goddard.
Originalquelle: SWRI-Pressemitteilung