Ein internationales Forschungsteam aus den USA, Deutschland und Südkorea hat mit dem Daniel K. Inouye Solar Telescope die bisher detailreichsten Aufnahmen der Sonnenoberfläche erstellt. Die Beobachtungen enthüllen zuvor unbekannte, fransenartige und bandartige Strukturen sowie kleine Wirbel, die teilweise nur 20 Kilometer groß sind. Die Ergebnisse wurden im Fachblatt „Nature“ veröffentlicht.
Die Kelvin-Helmholtz-Instabilität als Schlüssel
Die Wissenschaftler deuten die neu entdeckten band- und wirbelartigen Strukturen als Folge der sogenannten Kelvin-Helmholtz-Instabilität. Dieses flüssigkeitsdynamische Phänomen tritt auf, wenn sich zwei benachbarte Schichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, was in Flüssigkeiten zur Bildung wellenartiger Muster führt. Da sich das heiße Gas auf der Sonne wie eine Flüssigkeit verhält, entstehen so die beobachteten Formationen.
Nach Angaben von Thomas Rimmele vom National Solar Observatory der USA ist diese Instabilität wahrscheinlich ein Mechanismus, der zur Aufheizung der äußeren Atmosphäre der Sonne beiträgt. Damit liefert die Entdeckung einen Teil der Lösung für das langjährige Rätsel, warum Sterne eine Korona besitzen, die mehrere Millionen Grad Kelvin heiß ist, während die Sonnenoberfläche lediglich etwa 6000 Grad erreicht.
Technologische Präzision und Simulationen
Ermöglicht wurden die Aufnahmen durch das Inouye Solar Telescope auf dem Gipfel des Haleakalā auf der Hawaii-Insel Maui, das mit einem vier Meter großen Hauptspiegel als das leistungsfähigste Sonnenteleskop der Welt gilt. Für die Bilder wurde eine Breitband-Kamera des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen eingesetzt.
Um die Beobachtungen zu verifizieren, nutzte das Team aufwendige Computersimulationen, die auch das Sonnenmagnetfeld berücksichtigten. Die Simulationen erzeugten Strukturen, die nicht nur mit den tatsächlichen Beobachtungen übereinstimmten, sondern auch die gemessenen Größen aufwiesen. David Boboltz vom National Solar Observatory bezeichnete den Nachweis der Kelvin-Helmholtz-Instabilität in Verbindung mit den numerischen Simulationen als bedeutenden Fortschritt im Verständnis der Dynamik des solaren Plasmas.
Dynamik und magnetische Phänomene
Die Forscher konnten durch Serien aufeinanderfolgender Bilder dokumentieren, wie sich die Strukturen bewegen. Diese Aufnahmen zeigen eine weitaus komplexere und dynamischere Sonnenoberfläche als je zuvor beobachtet. Neben den Wirbeln wurden extrem feine magnetische Streifen identifiziert, die wie im Wind flatternde Vorhänge wirken. Diese Muster entstehen durch magnetische Variationen, die teilweise sogenannte „Wilson-Depressionenverursachen – winzige Täler, bei denen die sichtbare Oberfläche etwa zehn Kilometer tiefer in die Sonne eintaucht.
Die kleinen Wirbel der Kelvin-Helmholtz-Instabilität finden sich überall auf der Sonnenoberfläche. Die Wissenschaftler vermuten, dass sie als ständiger Antrieb fungieren, der die Magnetfeldlinien verdreht und so den Aufheizungsprozess in Gang hält. Zukünftige Messungen sollen nun bestimmen, welche Menge an Energie durch diese Phänomene freigesetzt wird.
Bedeutung für die Astrophysik
Die Entdeckung dieser ultrafeinen Strukturen liefert wichtige Daten, um energiereiche Prozesse in der Sonnenatmosphäre und entsprechende Ausbrüche besser vorhersagen zu können. Zudem ermöglichen die Ergebnisse Vergleiche mit Objekten außerhalb unseres Sonnensystems, da ähnliche magnetische Vorhänge bereits in Molekülwolken beobachtet wurden. Dies hilft dabei, den Magnetismus als universelles Phänomen von der Sonne bis hin zu Geburtsstätten ferner Sterne besser zu verstehen.
| Detail | Wert / Merkmal |
|---|---|
| Teleskop-Hauptspiegel | 4 Meter |
| Größe der Strukturen | bis zu 20 Kilometer |
| Temperatur Sonnenoberfläche | ca. 6000 Grad |
| Temperatur Sonnenkorona | mehrere Millionen Grad |
