Solar Orbiter: Wie der Sonnenwind einen magnetischen Schub erhält
Die Raumsonde Solar Orbiter hat entscheidende Daten darüber geliefert, woher die Energie zum Aufheizen und Beschleunigen des Sonnenwinds kommt, berichtet die europäische Raumfahrtbehörde Esa in einer Pressemitteilung(öffnet im neuen Fenster). Die Energie für den Antrieb stammt aus großen Schwankungen im Magnetfeld der Sonne (Korona).
Der Sonnenwind ist ein konstanter Strom geladener Teilchen, der aus der Sonnenatmosphäre entweicht und an der Erde vorbeiströmt. Wenn Sonnenwind und Erdatmosphäre aufeinandertreffen, ist das der Auslöser für Polarlichter, die man 2024 vermehrt auch über Deutschland sieht.
Der schnelle Sonnenwind bewegt sich mit Geschwindigkeiten über 500 Kilometern pro Sekunde oder 1,8 Millionen Kilometern pro Stunde. Seltsamerweise verlässt der Wind die Sonnenkorona mit niedrigeren Geschwindigkeiten und beschleunigt erst später.
Beschleunigung des Sonnenwinds durch Alfvén-Wellen
Die notwendige Energie zur Beschleunigung des Sonnenwinds kommt von großräumigen Schwingungen im Magnetfeld der Sonne, den Alfvén-Wellen. In einem gewöhnlichen Gas – wie Luft auf der Erde – kennt man nur Schallwellen. Wird ein Gas jedoch auf außergewöhnliche Temperaturen erhitzt, wie in der Sonnenatmosphäre, geht es in einen elektrifizierten Zustand über (Plasma) und reagiert auf Magnetfelder.
Dadurch können sich im Magnetfeld die Alfvén-Wellen bilden. Diese Wellen speichern Energie und können sie effizient durch ein Plasma transportieren. Gespeicherte Energie in herkömmlichem Gas stellt sich in Form von Dichte, Temperatur und Geschwindigkeit dar. Bei Plasma speichert auch das Magnetfeld Energie.
Untersuchung durch zwei Raumsonden
Sowohl Solar Orbiter (Esa) als auch Parker Solar Probe (Nasa) verfügen über Instrumente, um die Eigenschaften des Plasmas zu messen, einschließlich dessen Magnetfelds. Obwohl die beiden Raumsonden in unterschiedlichen Entfernungen von der Sonne und auf sehr unterschiedlichen Umlaufbahnen operieren, trafen sie im Februar 2022 zufällig auf denselben Strom des Sonnenwinds. Auch 2024 gab es einen gemeinsamen Vorbeiflug beider Sonden an der Sonne.
Parker Solar Probe, die sich 2022 in einer Entfernung von 13,3 Sonnenradien (etwa neun Millionen Kilometer) von der Sonne am äußersten Rand der Sonnenkorona befindet, durchquerte den Strom zuerst. Ein oder zwei Tage später folgte Solar Orbiter mit einer Entfernung von 128 Sonnenradien (89 Millionen Kilometer).
Da Energie weder erzeugt noch zerstört werden kann, sondern die Form ändert, verglich das Forschungsteam die Messwerte beider Sonden mit und ohne magnetischem Energieterm.
In der Nähe der Sonne, wo Parker den Strom gemessen hat, wurden etwa zehn Prozent der Gesamtenergie im Magnetfeld gefunden. Bei Solar Orbiter war diese Zahl auf ein Prozent gesunken, aber das Plasma hat sich beschleunigt und kühlte langsamer ab als erwartet. Die Abkühlung erfolgt, indem sich der Sonnenwind auf ein größeres Volumen ausdehnt und weniger dicht wird – ähnlich wie die Luft auf der Erde, wenn man einen Berg besteigt.
Die Wissenschaftler kamen zu dem Ergebnis, dass die verlorene magnetische Energie die Beschleunigung vorantrieb und die Abkühlung des Plasmas verlangsamte, indem sie selbst für eine gewisse Erwärmung sorgte. Das Team arbeitet derzeit daran, die Analyse auf langsamere Formen des Sonnenwinds auszudehnen. Man will herausfinden, ob die Magnetfeldenergie der Sonne auch bei deren Beschleunigung und Aufheizung eine Rolle spielt.
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