Dies ist das Bild mit der höchsten Auflösung, das jemals von der Sonnenoberfläche aufgenommen wurde

Die Aktivität der Sonne, bekannt als „Weltraumwetter“, hat einen erheblichen Einfluss auf die Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems. Periodische Eruptionen, auch Sonneneruptionen genannt, setzen erhebliche Mengen elektromagnetischer Strahlung frei, die alles von Satelliten über Flugreisen bis hin zu Stromnetzen stören kann. Aus diesem Grund versuchen Astrophysiker, die Sonne besser zu sehen, um ihre Wettermuster vorhersagen zu können.

Dies ist der Zweck hinter dem 4-Meter (13-ft) des NSF. Daniel K. Inouye Sonnenteleskop (DKIST) – früher bekannt als Advanced Technology Solar Telescope – das sich am Haleakala-Observatorium auf der Insel Maui, Hawaii. Kürzlich hat diese Einrichtung ihre ersten Bilder der Sonnenoberfläche veröffentlicht, die einen beispiellosen Detailgrad zeigen und eine Vorschau auf das bieten, was dieses Teleskop in den kommenden Jahren zeigen wird.

Diese Bilder bieten eine Nahaufnahme der Sonnenoberfläche, die turbulentes Plasma zeigt, das in einem Muster zellähnlicher Strukturen angeordnet ist. Diese Zellen sind ein Hinweis auf heftige Bewegungen, die heißes Sonnenplasma aus dem Inneren der Sonne an die Oberfläche transportieren. Bei diesem Prozess, der als Konvektion bekannt ist, steigt dieses helle Plasma in Zellen an die Oberfläche, wo es dann abkühlt und in dunklen Bahnen unter die Oberfläche sinkt.

Das Inouye-Sonnenteleskop kann eine Region der Sonne mit einer Breite von 38.000 km (23.600 Meilen) abbilden. Bildnachweis: NSO/AURA/NSF

Durch diese Art von präzisen und klaren Bildern der Sonne hoffen Astronomen, ihr Verständnis dieses Prozesses verbessern zu können, damit sie plötzliche Veränderungen des Weltraumwetters vorhersagen können. Als France Córdova, die NSF-Direktorin, erklärt :

„Seit die NSF mit der Arbeit an diesem bodengestützten Teleskop begonnen hat, haben wir gespannt auf die ersten Bilder gewartet. Wir können jetzt diese Bilder und Videos teilen, die bisher die detailliertesten unserer Sonne sind. Das Inouye Solar Telescope der NSF wird in der Lage sein, die Magnetfelder innerhalb der Sonnenkorona zu kartieren, wo Sonneneruptionen auftreten, die das Leben auf der Erde beeinflussen können. Dieses Teleskop wird unser Verständnis dafür verbessern, was das Weltraumwetter antreibt, und letztendlich den Meteorologen helfen, Sonnenstürme besser vorherzusagen.“

Um es klar auszudrücken, die Sonne ist ein Hauptreihenstern vom Typ G (gelber Zwerg), der seit etwa 4,6 Milliarden Jahren existiert. Damit hat es etwa die Hälfte seines Lebenszyklus hinter sich, der etwa weitere 5 Milliarden Jahre dauern wird. Der Prozess der autarken Kernfusion, der die Sonne antreibt (und unser gesamtes Licht, Wärme und Energie liefert), verbraucht jede Sekunde etwa 5 Millionen Tonnen Wasserstoff als Brennstoff.

Die gesamte durch diesen Prozess erzeugte Energie strahlt in alle Richtungen in den Weltraum und reicht bis an den äußersten Rand des Sonnensystems. Seit den 1950er Jahren haben Wissenschaftler verstanden, dass sich die Erde in der Atmosphäre der Sonne befindet und dass Wetteränderungen einen tiefgreifenden Einfluss auf die Erde haben. Auch heute noch, Jahrzehnte später, ist vieles über die wichtigsten Prozesse der Sonne unbekannt.

Dieses Foto zeigt die Sonnenfleckengruppe vor einer Flare-Explosion. Bildnachweis: Chris Schur

Matt Mountain ist Präsident der Association of Universities for Research in Astronomy, die das Inouye Solar Telescope verwaltet. Wie er das Ziel der Sonnenastronomie erklärte:

„Auf der Erde können wir ziemlich genau vorhersagen, ob es überall auf der Welt regnen wird, und das Weltraumwetter ist einfach noch nicht da. Unsere Vorhersagen hinken dem terrestrischen Wetter um 50 Jahre, wenn nicht sogar mehr, hinterher. Wir müssen die zugrunde liegende Physik des Weltraumwetters verstehen, und dies beginnt bei der Sonne, die das Inouye-Sonnenteleskop in den nächsten Jahrzehnten untersuchen wird.“

Astronomen haben festgestellt, dass die Bewegung des Sonnenplasmas mit Sonnenstürmen zusammenhängt, weil sie die Magnetfeldlinien der Sonne verdrehen und verwickeln. Die Messung und Charakterisierung des Magnetfelds der Sonne ist entscheidend, um die Ursachen potenziell schädlicher Sonnenaktivität zu bestimmen – etwas, wofür das Inouye-Sonnenteleskop einzigartig qualifiziert ist.

Laut Thomas Rimmele, Direktor des Inouye Solar Telescope, hängt alles vom Magnetfeld der Sonne ab. „Um die größten Geheimnisse der Sonne zu lüften, müssen wir diese winzigen Strukturen nicht nur aus einer Entfernung von 93 Millionen Meilen deutlich sehen, sondern auch ihre Magnetfeldstärke und -richtung in der Nähe der Oberfläche sehr genau messen und das Feld verfolgen, wie es sich in die Million ausdehnt.“ -Grad-Corona, die äußere Atmosphäre der Sonne.“

Dieses vergrößerte Bild zeigt, wie das Magnetfeld der Sonne heißes koronales Plasma formt. Bildnachweis: NASA/LMSAL/SAO

Einer der größten Vorteile eines besseren Verständnisses der Sonnendynamik ist die Möglichkeit, wichtige Wetterereignisse vorherzusagen. Derzeit können Regierungen und Weltraumbehörden Ereignisse etwa 48 Minuten im Voraus antizipieren. Aber dank der Forschungen des Inouye Solar Telescope und anderer Sonnenobservatorien erwarten Astronomen, dass dies bis zu 48 Stunden dauert.

Dies würde uns mehr Zeit geben, um sicherzustellen, dass diese Ereignisse keine Stromnetze, kritische Infrastrukturen, Satelliten und Raumstationen ausfallen lassen. Natürlich ist die Überwachung der Sonne keine leichte Aufgabe und bringt einige Gefahren mit sich. Aus diesem Grund nutzt das Inouye Solar Telescope viele neuere Entwicklungen in Bezug auf Konstruktion, Technik und Astronomie.

Dazu gehören der 4 m (13 ft) große Spiegel (der größte aller Sonnenteleskope), die adaptive Optik zum Ausgleich der durch die Erdatmosphäre verursachten Verzerrungen und die unberührten Sichtbedingungen auf dem über 3000 m (10.000 ft) hohen Haleakala-Gipfel. Das Teleskop verlässt sich auch auf mehrere Sicherheitsvorkehrungen, um sicherzustellen, dass es nicht durch die Fokussierung von 13 Kilowatt Sonnenenergie von der Sonne überhitzt.

Dies geschieht über einen flüssigkeitsgekühlten Hightech-Metalltorus (der „Heat-Stop“), der den größten Teil des Sonnenlichts vom Hauptspiegel und Kühlplatten fernhält, die die Kuppel bedecken und die Temperaturen um das Teleskop herum stabil halten. Das Innere des Observatoriums wird auch durch 11,25 km (7 mi) Kühlmittelrohre gekühlt, die durch das sich während der Nacht ansammelnde Eis teilweise gekühlt werden, und innere Fensterläden, die für Luftzirkulation und Schatten sorgen.

Weltklasse-Instrumente vereinen sich für eine neue Ära der Sonnenastronomie. Bildnachweis: NSF

„Mit der größten Öffnung aller Sonnenteleskope, seinem einzigartigen Design und modernsten Instrumenten wird das Inouye Solar Telescope – zum ersten Mal – in der Lage sein, die anspruchsvollsten Sonnenmessungen durchzuführen.“ genannt Rimmele. „Nach mehr als 20 Jahren Arbeit eines großen Teams, das sich der Planung und dem Bau eines erstklassigen Solarforschungsobservatoriums verschrieben hat, stehen wir kurz vor der Ziellinie. Ich freue mich sehr, mit diesem unglaublichen Teleskop die ersten Sonnenflecken des neuen Sonnenzyklus beobachten zu können, der gerade hochgefahren wird.“

David Boboltz, ein Programmdirektor in der Abteilung für Astronomische Wissenschaften der NSF, ist auch für die Überwachung des Baus und des Betriebs der Einrichtung verantwortlich. Als er angegeben , diese Bilder sind nur die Spitze des Eisbergs für das Inouye-Sonnenteleskop:

„In den nächsten sechs Monaten wird das Team aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern des Inouye-Teleskops das Teleskop weiter testen und in Betrieb nehmen, um es für die internationale Solarforschungsgemeinschaft einsatzbereit zu machen. Das Inouye-Sonnenteleskop wird in den ersten 5 Jahren seiner Lebensdauer mehr Informationen über unsere Sonne sammeln als alle Sonnendaten, die gesammelt wurden, seit Galileo 1612 zum ersten Mal ein Teleskop auf die Sonne richtete.“

Das Inouye Solar Telescope ist Teil eines Trios von Instrumenten, die die Sonnenastronomie in den kommenden Jahren revolutionieren werden. Dazu gesellen sich die Parker Solar Probe der NASA (die derzeit die Sonne umkreist) und der ESA/NASA Solar Orbiter (der demnächst gestartet werden soll). Als Valentin Pillet zusammengefasst (der Direktor des National Solar Observatory der NSF), es ist eine aufregende Zeit, ein Sonnenphysiker zu sein:

„Das Inouye Solar Telescope wird Fernerkundung der äußeren Schichten der Sonne und der darin ablaufenden magnetischen Prozesse ermöglichen. Diese Prozesse breiten sich in das Sonnensystem aus, wo die Missionen Parker Solar Probe und Solar Orbiter ihre Folgen messen werden. Insgesamt stellen sie ein echtes Multi-Messenger-Unternehmen dar, um zu verstehen, wie Sterne und ihre Planeten magnetisch verbunden sind.“

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