Solar Orbiter findet Plasmastrahlen, die den Sonnenwind antreiben könnten

ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI-Team

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Die Sonne ist ein dynamischer Stern, der unaufhörlich große Energiemengen in den Weltraum abgibt. Unser Heimatstern liegt im Herzen unseres Sonnensystems, birgt jedoch viele Geheimnisse darüber, was in seinem Inneren geschieht.

Dank einer Flotte umlaufender Missionen, die ihre Dynamik untersuchen sollen, sind Solarwissenschaftler nun in der Lage, einige der seit langem bestehenden Rätsel der Sonne zu lösen.

Ein solches lange ungelöstes Rätsel, das Wissenschaftlern ein Rätsel bereitet, ist der Ursprung von Sonnenwinden, einem kontinuierlichen Strom geladener Teilchen wie Plasma, der von der äußeren Atmosphäre der Sonne durch das Sonnensystem strömt.

Jetzt hat Solar Orbiter, der Sonnenforscher der nächsten Generation, einen vielversprechenden Hinweis auf den Ursprung der Sonnenwinde gefunden.

Die Sonde hat kleine, kurzzeitige Energiestrahlen entdeckt, die als „Picoflare-Jets“ bekannt sind und aus der äußeren Atmosphäre der Sonne, der Korona, austreten. Astronomen vermuten, dass diese Plasmastrahlen die Quelle des Sonnenwinds sein könnten.

👇Diese kurzlebigen, winzigen Plasmastrahlen könnten die lang gesuchte Quelle des Sonnenwinds sein 😯🔗https://t.co/RvSSEI96Qb📷 @EuiTelescope pic.twitter.com/SZghY8UoHM

Sonnenwinde sind seit Jahrzehnten bekannt, aber Astronomen waren nie davon überzeugt, wie sie in der Nähe der Sonne entstehen, was sie zu einem der schwierigsten Rätsel macht, die es zu lösen gilt.

Für diese Studie untersuchten Wissenschaftler die neuesten Daten und Bilder, die mit dem fortschrittlichen Extreme Ultraviolet Imager (EUI) der Sonde erfasst wurden. Das Instrument führte Messungen durch, als sich die Raumsonde am 30. März 2022 in einer Entfernung von etwa 31 Millionen Meilen (50 Millionen Kilometer) vom Stern befand.

Diese ultravioletten, hochauflösenden Bilder des Südpols der Sonne zeigen eine Reihe schwacher, winziger, vorübergehender Jet-Strukturen, die den Sonnenwind sprengen.

Nach Angaben der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) dauern diese relativ kurzen Jets nur Sekunden – zwischen 20 und 100 Sekunden – und spucken Plasma mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 km/s aus.

„Wir konnten diese winzigen Jets nur aufgrund der beispiellos hochauflösenden Bilder mit hoher Kadenz entdecken, die von EUI erzeugt wurden“, sagte Lakshmi Pradeep Chitta vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Deutschland und Hauptautor dieser Studie in einem offizielle Veröffentlichung.

Bisher wurde der Sonnenwind mit magnetischen Strukturen, sogenannten koronalen Löchern, in Verbindung gebracht, die sich zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort auf der Sonnenoberfläche bilden. Dabei handelt es sich um ausgedehnte Flecken mit offenen Magnetfeldern, die nicht zurückkreisen oder Schleifen bilden.

Diese offene magnetische Feldlinienanordnung ermöglicht eine effizientere Entweichung des Sonnenwinds im gesamten Sonnensystem.

Die neue Studie zeigt, dass Picojets in koronalen Löchern durch magnetische Wiederverbindung gebildet werden könnten, was sich auf das Brechen und Wiedervereinigen magnetischer Feldlinien bezieht. Dieses Phänomen setzt schließlich eine große Menge gespeicherter Energie in den koronalen Löchern frei. Diese Aktivität ist tatsächlich ein grundlegender Mechanismus für Sterne.

Eines der wichtigsten Ergebnisse der Beobachtung war das Vorhandensein winziger einzelner Jets im koronalen Loch am Südpol. Nach einer gründlichen Untersuchung kamen die Autoren zu dem Schluss, dass jeder dieser kleinen Jets eine bedeutende Energiequelle und Materie für Sonnenwinde ist. Sie gaben außerdem an, dass die winzigen Plasmastrahlen selbst in den dunkelsten Abschnitten koronaler Löcher überraschend sichtbar seien.

Lange Zeit wurde angenommen, dass Sonnenwind nur in einer stetigen, kontinuierlichen Strömung entsteht, was nicht ganz richtig ist.

„Eines der Ergebnisse hier ist, dass diese Strömung größtenteils nicht wirklich gleichmäßig ist. Die Allgegenwärtigkeit der Jets lässt vermuten, dass der Sonnenwind aus koronalen Löchern als stark intermittierender Ausfluss entstanden sein könnte“, erklärte Andrei Zhukov vom Königlichen Observatorium Belgiens , ein Mitarbeiter der Arbeit, der die Beobachtungskampagne Solar Orbiter leitete.

Abgesehen davon, dass sie Aufschluss über den Sonnenwind geben, könnten diese Erkenntnisse eines Tages dazu beitragen, zu erklären, warum die äußere Atmosphäre der Sonne tausende Male heißer ist als ihre Oberfläche.

ESA/ATG-Medienlabor

Der im Jahr 2020 gestartete Solar Orbiter ist die erste Weltraummission zur Untersuchung von Sonnenplasma.

Die Mission ist eine Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA, die auf zehn High-Tech-Geräten basiert, um Daten zu sammeln und Bilder vom Nord- und Südpol der Sonne aufzunehmen.

Das Wissen über die Dynamik der Sonne, einschließlich ihres Magnetfelds und Sonnenwinds, ist entscheidend für das Verständnis ihres Einflusses auf die Erde und andere Planeten im Sonnensystem. Seine starke Strahlung könnte sich auch auf GPS und Telekommunikation sowie auf die Funktion von Objekten in erdnahen Umlaufbahnen wie Satelliten und der Internationalen Raumstation auswirken.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Koronale Löcher sind Bereiche auf der Sonne mit offenen Magnetfeldlinien. Sie sind eine Quellregion des Sonnenwinds, aber wie der Wind aus koronalen Löchern entsteht, ist nicht bekannt. Mit dem Extreme Ultraviolet Imager der Raumsonde Solar Orbiter haben wir ein koronales Loch beobachtet. Wir haben Jets im Maßstab von einigen hundert Kilometern identifiziert, die 20 bis 100 Sekunden dauern und Geschwindigkeiten von etwa 100 Kilometern pro Sekunde erreichen. Die Jets werden durch magnetische Wiederverbindung angetrieben und haben eine kinetische Energie im Picoflare-Bereich. Sie treten intermittierend auf, sind aber innerhalb des beobachteten koronalen Lochs weit verbreitet. Wir vermuten, dass solche Picoflare-Jets genügend Hochtemperaturplasma erzeugen könnten, um den Sonnenwind aufrechtzuerhalten, und dass der Wind aus koronalen Löchern als stark intermittierender Ausfluss auf kleinen Skalen austritt.