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StartseiteForschung aktuellBlick ins Sonneninnere19.08.2011

Blick ins Sonneninnere

Astronomen wollen das Auftauchen von Sonnenflecken vorhersagen

Sonnenphysik. - Eruptionen auf der Sonnenoberfläche haben mit Erdbeben auf unserem Planeten eines gemeinsam: Sie sind nicht vorherzusagen. Bislang blieben lediglich acht Minuten – so lange, wie das Sonnenlicht bis zur Erde benötigt -, um beispielsweise die Besatzung der Internationalen Raumstation vor einem Sonnenausbruch zu warnen. Doch nun haben amerikanische Astronomen ein Verfahren entwickelt, mit dem sie das Entstehen von Unregelmäßigkeiten auf der Sonnenoberfläche bis zu zwei Tage vorhersagen wollen.

Von Guido Meyer

Sonnenflecken können unter Umständen vorhergesagt werden. (NASA)
Sonnenflecken können unter Umständen vorhergesagt werden. (NASA)

"Song of the Sun" nennt die Europäische Weltraumagentur Esa diesen Rhythmus der Sonne. 40.000 Mal beschleunigt gibt er die Schwingungen der Sonnenoberfläche wider. Aufgenommen hat ihn die amerikanisch-europäische Sonnensonde Soho, das "Solar and Heliospheric Observatory" – ein Sonnenobservatorium, das seit 15 Jahren unser Zentralgestirn umkreist. Diese Schwingungen und die damit verbundenen Schallwellen hat sich ein Astronomenteam aus Kalifornien zunutze gemacht.

"Die Sonne ist voll von Schallwellen. Sie entstehen durch Umwälzungen und den Transport von Gasen im Sonneninneren in Form von Blasen, die so groß sind wie der US-Bundesstaat Kalifornien. Diese Schallwellen wandern binnen zwei Stunden komplett durch die Sonne hindurch. Wenn sie die Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite erreichen, werden sie zurückgeworfen. Sie bleiben also gefangen im Sonneninneren. Die Oberfläche vibriert jedoch jedesmal ein wenig, wenn sie die Schallwellen reflektiert. Diese Bewegung können wir messen. Das ist ungefähr so, als träfe eine Schallwelle auf ein Trommelfell oder eine Membran, die dann leicht zu schwingen anfängt."

Gemessen haben in diesem Fall die Sonden Soho sowie SDO, das "Solar Dynamics Observatory", das erst seit anderthalb Jahren die Sonne umkreist. Aus ihren Umlaufbahnen heraus haben sie mehr als 60.000 Kilometer tief ins Sonneninnere geblickt und die Entstehung und Ausbreitung von Schallwellen verfolgt.

"Wenn wir die Schwingungen an zwei verschiedenen Punkten der Sonnenoberfläche messen und die Daten vergleichen, wissen wir, wie schnell sich die Schallwellen bewegen. In der Regel vibriert die Oberfläche der Sonne alle fünf Minuten einmal. Anhand vieler Messungen erhalten wir so eine Art Karte, die Auskunft gibt über die Zeit, die die Schallwellen an verschiedenen Punkten des Sonneninneren benötigen."

Auf ihrem Weg durch die Sonne passieren die Schallwellen bisweilen das Zentrums des Sterns. Dieses ähnelt einem überdimensionalen Dynamo, an dem sich die Strömungen im Sonneninneren mit den verschiedenen Gasschichten reiben. Dabei entstehen magnetische Felder, die sich mit einem halben Kilometer pro Sekunde Richtung Oberfläche bewegen. Treffen die Schallwellen auf ausreichend starke magnetische Felder, ändern sie ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit und bewegen sich um bis zu 16 Sekunden langsamer. Diesen Effekt, den Zusammenhang zwischen dem Tempo der Schallwellen und der Ausbreitung der magnetischen Felder, wollen sich die US-Forscher zunutze machen.

"Wenn diese magnetischen Felder aus dem Inneren eine bestimmte Stärke erreichen, formen sie auf der Oberfläche einen Sonnenfleck. Je stärker sie sind, desto schneller bewegen sie sich. Aus einer Tiefe von rund 60.000 Kilometern benötigen sie ein bis zwei Tage, um die äußeren Schichten zu erreichen."

Diese Vorlaufzeit wollen die Astronomen künftig nutzen, um aus Anomalien in der Ausbreitung der Schallwellen im Sonneninneren auf das Entstehen von Sonnenflecken auf der Oberfläche und damit möglicherweise auf Sonneneruptionen zu schließen.

"Für künftige Vorhersagen des Weltraum-Wetters wäre es von Vorteil zeitig zu wissen, wann wir von der Sonne etwas zu erwarten haben. SDO schickt seine Beobachtungsdaten in Echtzeit zu uns. Wir haben sie hier in Stanford fünfzehn Minuten, nachdem sie eingefangen wurden. Binnen einer Stunde können wir sie auswerten, so dass wir dann wissen, ob sich innerhalb der nächsten 24 Stunden ein Magnetfeld auf die Sonnenoberfläche zubewegt. Wir brauchen jedoch noch sechs bis zwölf Monate, um die Vorhersagemethoden zu verfeinern."

Der einzige Schönheitsfehler an dieser Vorhersagemethode sei bislang die ihr zugrunde liegende Daten-Menge, wie auch Phil Scherrer zugeben muss.

"Wir wissen noch nicht, wie verlässlich unsere Methode ist. Wir haben uns bisher sechs Fälle angesehen, in denen Sonnenflecken entstanden und in denen wir vorab die Anomalie der Schallwellen entdecken konnten. In neun weiteren Fällen waren die Magnetfelder nicht stark genug, um Sonnenflecken zu formen – hier haben sich die Schallwellen auch normal bewegt. Offen ist aber noch, ob es Unregelmäßigkeiten in der Ausbreitung der Schallwellen geben könnte, ohne dass Sonnenflecken entstehen, oder ob möglicherweise Sonnenflecken auftauchen, ohne dass sie sich durch Anomalien im Schall ankündigen."

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