Die Parker Solar Probe der NASA findet Hinweise auf Sonnenwind

Werbung

Unterstützt durch

Die Parker Solar Probe liefert NASA-Forschern Erkenntnisse darüber, wie die Sonne Teilchen auf eine Million Meilen pro Stunde beschleunigt.

Von Kenneth Chang

Wie Wissenschaftler am Mittwoch berichteten, spritzen Hochgeschwindigkeitsteilchen aus der Sonne wie Wasser aus einem Duschkopf.

Daten der Parker Space Probe, einer NASA-Raumsonde, die 2018 gestartet ist und jetzt einfliegt, um Messwerte der äußeren Atmosphäre oder Korona der Sonne zu sammeln, liefern Hinweise darauf, wie die Sonne den Sonnenwind erzeugt – eine Million Meilen pro Jahr. Ein stündlicher Strom von Elektronen, Protonen und anderen geladenen Teilchen, der nach außen in das Sonnensystem strömt.

Die Sonnenwindforschung knüpft an ein Rätsel an, das Wissenschaftlern seit langem Rätsel aufgibt: Warum ist die Korona, wo die Temperaturen auf Millionen Grad ansteigen, so viel heißer als die Sonnenoberfläche, die relativ kühle 10.000 Grad Fahrenheit hat?

Die Parker-Sonde ist nach Eugene N. Parker benannt, einem Astrophysiker der Universität Chicago, der 1958 erstmals die Existenz des Sonnenwinds vorhersagte.

Die Sonne hat eine Atmosphäre aus dünnen Gasen, die durch die Schwerkraft nach unten gezogen wird, während der durch Fusionsreaktionen in der Sonne erzeugte Druck nach oben drückt.

Insgesamt gleichen sich die Kräfte aus, so dass die Sonne weder kollabiert noch auseinanderbricht. Aber die Kräfte heben sich nicht überall perfekt auf, und die Berechnungen von Dr. Parker zeigen, wie die Sonne wie ein undichter Ballon wirken kann.

„Wenn man genügend Druck auf das System ausübt“, sagte Stuart Bale, ein Physiker an der University of California in Berkeley, „kann die Atmosphäre entweichen. Und wenn sie entweicht, wird sie mit Energie versorgt.“

In einem am Mittwoch in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel berichteten Dr. Bale, der ein Instrument an der Parker Solar Probe leitet, das elektrische und magnetische Felder im Sonnenwind misst, und seine Kollegen, dass die Ströme des Sonnenwinds mit den Mustern heißer Gase übereinstimmen Aufsteigende und kühlere Gase fallen in die Sonne. Dieses Konvektionsphänomen, das im Wesentlichen dasselbe ist wie bei einem Gewitter, erzeugt in der Sonne auf- und abströmende Wasserstoffströme, und das Muster der Ströme – wie nebeneinander gepackte Gewitter – wird als Supergranulation bezeichnet.

Die Konvektion geladener Teilchen erzeugt sich verschiebende Magnetfelder, die sich ausdehnen, bis sie brechen und sich wieder verbinden, wodurch Energie freigesetzt wird, die zur Erwärmung der Korona beiträgt. Diese Wiederverbindung scheint die Sonnenwindteilchen zu beschleunigen.

Frühere Beobachtungen der Sonne hatten bereits darauf hingewiesen, dass Sonnenwind aus sogenannten koronalen Löchern kommt, Regionen, in denen sich das Magnetfeld weit nach außen in den Weltraum fortsetzt, anstatt sich um einen anderen Punkt der Sonne zu wickeln und dort wieder herunterzukommen.

Stellen Sie sich einen einfachen Stabmagneten vor, der ein Magnetfeld erzeugt, das in seiner Form dem Feld ähnelt, das die Erde umgibt. An den Polen verlaufen die Magnetfelder gerade auf und ab; Das sind die koronalen Löcher.

Während der Ruhephasen der Sonne – die Sonnenaktivität variiert in einem 11-Jahres-Zyklus von vergleichsweise ruhig bis hyperaktiv – weist das Magnetfeld der Sonne diese Stabmagnetkonfiguration auf. Als die Raumsonde Parker startete, befand sich die Sonne nahe ihrem Minimum.

Wenn sich die Sonne jedoch dem Maximum ihres Zyklus nähert und das Magnetfeld gerade dabei ist, die Richtung umzukehren, wird die Struktur des Feldes komplexer und es treten mehr koronale Löcher auf.

Die Instrumente der Raumsonde Parker stellten fest, dass der Sonnenwind über koronalen Löchern nicht gleichmäßig war. Stattdessen traten die Partikel in „Mikroströmen“ aus, wie Strahlen aus einem Duschkopf.

Die Sensoren der Raumsonde „begannen zu erkennen, dass der Sonnenwind eine enorme Struktur aufwies“, sagte James Drake, Professor für Physik an der University of Maryland und weiterer Autor des Nature-Artikels.

Das periodische Muster der Mikroströme stimmte mit dem der Supergranulation überein, was darauf hindeutet, dass die magnetische Wiederverbindung nahe der Sonnenoberfläche eine Schlüsselrolle bei der Beschleunigung der Teilchen spielt.

„Ich konnte alle Merkmale der Wiederverbindung herausfinden“, sagte Dr. Drake. „Ich konnte herausfinden, wie viel geheizt wurde. Und als wir herausgefunden hatten, wie viel geheizt wurde, stellte ich fest, dass es ausreichte, um den Wind anzutreiben.“

Er fügte hinzu: „Das hatten wir vorher überhaupt nicht.“

Gary Zank, Direktor des Center for Space Plasma and Aeronomic Research an der University of Alabama in Huntsville, sagte, die neuen Ergebnisse seien „ein entscheidender und wichtiger Schritt zur Lösung des Rätsels, warum die Sonnenkorona im Vergleich zu ihr eine Million Grad heißer ist.“ sehr relativ kalte Oberfläche.“ Dr. Zank war nicht an der Forschung beteiligt, aber er war einer der Wissenschaftler, die den Artikel für die Herausgeber von Nature überprüften.

„Im Grunde heißt es: Hier ist der Mechanismus, durch den wir beginnen können zu verstehen, wie diese Energieübertragung stattfindet“, sagte Dr. Zank.

Kenneth Chang ist seit 2000 bei The Times und schreibt über Physik, Geologie, Chemie und die Planeten. Bevor er Wissenschaftsjournalist wurde, war er ein Doktorand, dessen Forschung sich mit der Kontrolle des Chaos befasste. @kchangnyt

Werbung