Astronomie Regen auf der Sonne liefert Hinweise für altes Hitze-Rätsel

Auf der Sonne regnet es Tausende Grad heißes Plasma. Der Fund könnte helfen, eine jahrzehntealte Frage zu beantworten.

So sieht es aus, wenn Plasma erhitzt, aufsteigt und auf die Sonne hinabregnet.
Emily Mason/ NASA Solar Dynamics Observatory

So sieht es aus, wenn Plasma erhitzt, aufsteigt und auf die Sonne hinabregnet.


Für Laien klingt das Vorhaben reichlich kurios: Monatelang hat Nasa-Forscherin Emily Mason mit Satellitenbildern auf der Sonne nach Regen gesucht. Und sie wurde fündig. Zwar entdeckte sie kein Wasser - dafür regnet es auf dem Stern aber wasserfallartig Plasma. Masons Entdeckung könnte helfen, ein 70 Jahre altes Rätsel über die Temperaturen an der Sonnenoberfläche zu lösen.

Dass es auf der Sonne regnet, wissen Astronomen schon länger. Allerdings hatten sie den Regen bislang in den riesigen Magnetschleifen vermutet, die über der Sonnenoberfläche eine Million Kilometer ins All peitschen. Sie sind so riesig, dass man sie bei einer Sonnenfinsternis sogar von der Erde aus sehen kann.

Auch Mason wertete zunächst Bilder aus dieser Region aus. Fünf Monate lang analysierte sie Daten, die das Solar Dynamics Observatory in den USA über mehrere Jahre gesammelt hatte. Sie fand nichts, kein einziges Tröpfchen Plasmaregen. Schließlich entdeckte sie den Regen durch Zufall in deutlich kleineren, nur knapp 50.000 Kilometer hohen Plasmabögen, wie sie gemeinsam mit Kollegen im Fachmagazin "Astrophysical Journal Letters" berichtet.

NASA’s Solar Dynamics Observatory/Emily Mason

"In den kleineren Magnetschleifen regnet es stundenlang", sagt Mason. Das System funktioniere ganz ähnlich wie Regen auf der Erde. Zur Erinnerung:

  • Auf unserem Heimatplaneten ist das Wasser im Ozean, Seen und Flüssen gespeichert.
  • Die Sonne wärmt es auf, sodass es verdunstet.
  • In der Atmosphäre kühlt es wieder ab und kondensiert.
  • Wolken entstehen, aus denen es die Erdanziehung schließlich regnen lässt.

Tausende Grad heißes Plasma regnet auf die Sonne nieder

Auf der Sonne läuft das Ganze so ab:

  • Das Plasma folgt den Magnetschleifen wie eine Loopingachterbahn den Schienen.
  • Am tiefsten Punkt, wo die Plasmabahn auf die Sonnenoberfläche trifft, erhitzt es sich von einigen Tausend Grad Celsius auf ungefähr eine Million Grad und wandert die Magnetschleife hinauf.
  • Auf dem Weg zum äußeren Punkt der Schleife, einige Kilometer entfernt von der Hitzequelle, kühlt es sich ab und kondensiert.
  • Die Gravitation der Sonne zieht das Material schließlich wieder zu sich - es regnet.

"Statt mit kühlem Wasser wie auf der Erde hat man es hier allerdings immer noch mit mehreren Tausend Grad heißem Material zu tun", sagt Mason. Die Animation oben zeigt die zuvor wenig beachteten, vergleichsweise kleinen, aber regenreichen Plasmaringe.

Sonnenfinsternis: Auf der linken Seite ist ein großer Plasmastrom zu sehen
Miloslav Druckmüller/ Vojtech Ru¿in/ Úpice observatory

Sonnenfinsternis: Auf der linken Seite ist ein großer Plasmastrom zu sehen

Die Entdeckung liefert auch Hinweise auf die Frage, warum die Temperatur an der Sonnenoberfläche geringer ist, als in der äußeren Schicht ihrer Atmosphäre, auch Korona genannt. Intuitiv würde man davon ausgehen, dass es kälter wird, je weiter man sich von der Sonnenoberfläche entfernt. Doch in der Korona herrschen Temperaturen von bis zu 5,6 Millionen Grad Celsius, an der Sonnenoberfläche liegt die Temperatur dagegen nur bei etwa 5000 Grad.

Bis heute können sich Forscher das Phänomen nicht genau erklären. Die neuen Erkenntnisse grenzten nun zumindest den Bereich ein, in dem die Korona erwärmt werden könne, sagt Mason. Denn regnen kann es in einer Magnetschleife nur, wenn der Temperaturunterschied zwischen dem unteren und oberen Bereich der Schleife sehr groß ist.

Plasmastrahlen könnten zum Sonnenwind beitragen

"Wenn es über der Sonne regnet, bedeutet das, dass das Plasma in den unteren zehn Prozent der Magnetschleife extrem erhitzt wird", erklärt Mason. "Wir wissen immer noch nicht, was genau die Korona so stark aufheizt, es muss aber in diesem Bereich geschehen."

Magnetschleife hält das Plasma auf seiner Bahn
Tom Bridgman/ NASA Solar Dynamics Observatory/ Scientific Visualization Studio

Magnetschleife hält das Plasma auf seiner Bahn

Die Wissenschaftlerin vermutet außerdem, dass der Sonnenregen zu langsamen Sonnenwinden beiträgt, also zum Strom geladener Teilchen, die die Sonne ständig ins All abgibt. Der Grund: Mason entdeckte das Regensystem nicht nur in geschlossenen Magnetschleifen, sondern auch an Magnetlinien, die ins All ragen und nur mit einem Ende Kontakt zur Sonnenoberfläche haben.

Sie geht davon aus, dass sich das Plasma zunächst in einer geschlossenen Magnetschleife aufheizt und dann auf eine offene Magnetlinie übergeht. Das ist möglich, wenn sich das Magnetfeld um die Sonne abrupt ändert, was häufiger vorkommt. Ein Teil des Plasmas an der Magnetlinie kühle sich dann ab und regne zur Sonne herunter. Der restliche Teil entfliehe ins Weltall und könnte ein Teil des Sonnenwindes sein, so die Theorie.

Die Forscher hoffen, dass sie die These in den nächsten Jahren mithilfe der Sonde "Parker Solar Probe" überprüfen können. Diese fliegt so nah an die Sonne heran, wie keine andere Sonde zuvor und wird auch langsame Sonnenwinde untersuchen.

jme

Mehr zum Thema


© SPIEGEL ONLINE 2019
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.