Beispiellose Aufnahmen der Sonne liefern Hinweise auf eines ihrer größten Geheimnisse

Astronomen haben die bisher detailliertesten Aufnahmen der Sonnenoberfläche aufgenommen, auf denen winzige Wirbel und goldene Bänder zu erkennen sind, die wichtige Hinweise auf eines der ältesten Rätsel der Sonnenphysik liefern könnten: Warum ist die äußere Atmosphäre der Sonne, die sogenannte Korona, so viel heißer als ihre sichtbare Oberfläche?

Die Beobachtungen wurden mit dem Inouye-Sonnenteleskop auf Hawaii durchgeführt, das als das leistungsstärkste Sonnenteleskop der Welt gilt. Die Forscher identifizierten Strukturen mit einem Durchmesser von weniger als 20 Kilometern in einer magnetisch aktiven Region in der Nähe eines Sonnenflecks und erreichten damit die maximale Auflösungsgrenze des Instruments.

Den an der Forschung beteiligten Wissenschaftlern zufolge bieten die Bilder einen beispiellosen Einblick in die turbulenten Bewegungen des Plasmas auf der Sonnenoberfläche. Die in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichten Ergebnisse könnten dazu beitragen, zu erklären, wie Energie durch die Sonnenatmosphäre übertragen und schließlich in Wärme umgewandelt wird.

Wirbel könnten den Energieaustausch antreiben

Zu den auffälligsten Strukturen zählen winzige spiralförmige Merkmale, die als Anzeichen sogenannter Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten identifiziert wurden. Diese treten auf, wenn sich zwei Schichten aus Fluid oder Plasma mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen und dabei eine Art Scherung erzeugen, die zu Störungen und wirbelnden Strudeln führen kann.

Die neuen Aufnahmen übertreffen frühere Beobachtungen des Inouye-Teleskops, die die Sonnenoberfläche als Mosaik aus körnigen Strukturen zeigten, die etwa so groß wie Frankreich waren. Diese Aufnahmen zeigten Details mit einem Durchmesser von etwa 30 Kilometern, während die neuen Beobachtungen Strukturen offenbaren, die kleiner als 20 Kilometer sind.

Eine mögliche Erklärung für die extreme Hitze der Korona

Diese Entdeckung könnte Auswirkungen haben, die über unser Verständnis der Sonnenoberfläche hinausgehen. Die starken Magnetfelder der Sonne sind für explosive Phänomene wie Sonneneruptionen, Plasmastrahlen und koronale Massenauswürfe verantwortlich, die Satelliten, GPS-Systeme, Kommunikationsnetze und die elektrische Infrastruktur auf der Erde beeinträchtigen können.

Wissenschaftler wissen, dass die Magnetfelder der Sonne durch die Bewegung ihres heißen Plasmas entstehen. Magnetfeldlinien können sich verdrehen und verwickeln und dabei enorme Energiemengen speichern, bevor sie diese plötzlich freisetzen. Allerdings verstehen Forscher noch nicht vollständig, wie diese Prozesse beginnen oder wie Energie auf immer kleinere Skalen übertragen wird.

Bilder zeigen bisher unbekannte Strukturen

Die derzeit beobachteten Wirbel könnten einen Teil der Antwort liefern. Durch die Erzeugung von Turbulenzen und die Energieübertragung über immer kleinere Strukturen könnten Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten dazu beitragen, zu erklären, wie diese Energie letztendlich als Wärme abgegeben wird und so zu den außergewöhnlich hohen Temperaturen in der Korona beiträgt.

Die sichtbare Oberfläche der Sonne erreicht etwa 6.000 °C, während ihre Korona mehrere Millionen Grad erreichen kann. Dieser scheinbar widersprüchliche Temperaturunterschied gibt Astronomen seit Jahrzehnten Rätsel auf. Die Forscher betonen, dass weitere Beobachtungen und Simulationen erforderlich sein werden, um festzustellen, ob die neu identifizierten Instabilitäten das Phänomen vollständig erklären können.

Dennoch stellen die Aufnahmen einen bedeutenden Fortschritt für unsere Fähigkeit dar, die kleinräumige Dynamik des der Erde am nächsten gelegenen Sterns zu beobachten. Indem es bisher verborgene Strukturen sichtbar macht, ermöglicht das Inouye-Sonnenteleskop den Wissenschaftlern einen detaillierteren Einblick in die physikalischen Prozesse, die die Sonne und letztlich auch die Weltraumumgebung unseres Planeten bestimmen.