Der Solar Orbiter der Europäischen Weltraumorganisation hat kürzlich ein neues Licht auf die Ursachen des Weltraumwetters geworfen.

Die sich ständig ändernden Magnetfeldlinien der Sonne wirken sich seltsam auf das extrem heiße Plasma auf der Sonnenoberfläche aus und verursachen kalte, dunkle Flecken, sogenannte Sonnenflecken. Dunkle Bereiche mit unidirektionalen magnetischen Linien werden Sonnenflecken genannt. Koronale LöcherHohe Bögen aus leuchtendem Plasma, sogenannte Vorsprünge. Es stellt sich heraus, dass jedes dieser Merkmale unterschiedliche Arten von Sonnenwind erzeugt, der sich auf den Rest des Sonnensystems auswirkt. Durch die Verknüpfung seiner Messungen des Sonnenwinds im Weltraum mit Daten über die Oberflächenmerkmale, von denen die Winde kamen, konnte Solar Orbiter zeigen, dass diese Merkmale verschiedene Arten von Sonnenwind erzeugen. Dies könnte Physikern helfen, das zukünftige Weltraumwetter vorherzusagen.

Die Physikerin Stephanie Yardley von der Northumbria University und ihre Kollegen haben ihre Arbeit veröffentlicht Im Magazin Naturastronomie.

In die Sonne starren

Der Sonnenorbiter der Europäischen Weltraumorganisation erreichte Anfang März eine Entfernung von 47 Millionen Meilen zur Sonne, etwa die Hälfte der Entfernung zwischen Sonne und Erde und etwa so nah an der Sonne wie der strahlungsverbrannte Planet Merkur. (Zum Vergleich: Die Parker Solar Probe der NASA schwebte bis auf 4 Millionen Meilen an der Sonne vorbei und flog durch deren dünne äußere Atmosphäre, die Korona.) Von diesem Standort aus haben Instrumente an Bord des Solar Orbiter die Eigenschaften des Sonnenwinds gemessen: einen endlosen Strom elektrischer Energie. – Geladenes Gas, das von der Sonne nach außen abgegeben wird.

Yardley und ihre Kollegen verglichen diese Messungen der Temperatur, elektrischen Ladung, Geschwindigkeit und Dichte des Sonnenwinds mit hochauflösenden Nahaufnahmen der Oberfläche des Solarlanders. Die Ergebnisse trugen dazu bei, zu bestätigen, dass das, was auf der Sonnenoberfläche passiert – Dinge wie Sonnenflecken und koronale Löcher – tatsächlich dramatische Veränderungen im Sonnenwind auslöst, die sich letztendlich auf Satelliten in der Erdumlaufbahn auswirken.

Unsere Sonne ist nicht nur eine gemütliche Raumheizung im Herzen unseres Sonnensystems; Es handelt sich um eine riesige, wellenförmige Kugel turbulenten thermonuklearen Feuers mit einem turbulenten, sich ständig ändernden Magnetfeld. Wenn das Magnetfeld der Sonne das elektrisch geladene Gas oder Plasma durchdringt und sich auf der Oberfläche kräuselt, entstehen seltsame Muster. Wo sich magnetische Feldlinien kreuzen und verflechten, entstehen dunkle Flecken, sogenannte Sonnenflecken. Anderswo ragen Magnetfeldlinien in den Weltraum hinaus, anstatt sich zur Sonne zurückzubiegen, und ihre Präsenz ist durch dunkle „koronale Löcher“ gekennzeichnet, in denen das Plasma weniger dicht ist.

Diese seltsamen Erscheinungen erzeugen Sonnenwind, auch Weltraumwetter genannt. Obwohl der Sonnenwind niemals aufhört, verändert er sich ständig. So wie Hurrikane, die hier auf der Erde über den Atlantik wüten, von kleinen Wetterstörungen in Ostafrika ausgehen, beginnt das Weltraumwetter, das sich auf Raumschiffe im Erdorbit auswirkt, in relativ kleinen Sonnenflecken oder koronalen Löchern auf der Sonnenoberfläche.

Warum Weltraumwetter wichtig ist

Ein detailliertes Verständnis der Funktionsweise des Weltraumwetters wird von Tag zu Tag wichtiger, da ein Großteil des Lebens, wie wir es kennen, von Kommunikations- und Satellitennavigationssatelliten im Weltraum abhängt, die nicht immer gut auf Ioneneinschläge reagieren.

Wissenschaftler gingen davon aus, dass koronale Löcher schnelle Sonnenwinde erzeugen, während Sonnenflecken langsamere Sonnenwinde erzeugen. Aber sie hatten keine direkten Beweise dafür. Um dies zu erreichen, benötigten sie einen Solar Orbiter, um den Sonnenwind zu messen und ihn dann zu bestimmten Merkmalen auf der Sonnenoberfläche zu verfolgen. Yardley und ihre Kollegen verwendeten ein Computerprogramm, um vorherzusagen, wie sich die von einer bestimmten Region der Sonne nach außen emittierten Ionen auf ihrer Reise durch den Weltraum ausbreiten würden, und konnten so das umlaufende Solarfahrzeug so positionieren, dass es den Sonnenwind von zwei bestimmten Regionen der Sonnenoberfläche einfängt: einer war mit Sonnenflecken gesprenkelt und der andere war durch ein koronales Loch gekennzeichnet.

Indem sie maßen, wie sich der Sonnenwind veränderte, während die Raumsonde durch jede Region flog, konnten Yardley und ihre Kollegen Veränderungen im lokalen Weltraumwetter mit dem in Verbindung bringen, was einige Tage zuvor auf der Sonnenoberfläche passierte.

Koronale Löcher schleudern, wie Physiker zuvor vorhergesagt haben, sich schnell bewegende Ionenströme mit Geschwindigkeiten von mehr als 1,8 Millionen Meilen pro Stunde in den Weltraum. Es stellt sich heraus, dass Sonnenfleckenhaufen einen langsameren Sonnenwind aussenden. Beide Typen haben auch unterschiedliche chemische Zusammensetzung, Temperatur und Dichte.

„Das Team hat deutlich gezeigt, dass der Sonnenwind immer noch ‚Spuren‘ aufweist, die von seinen verschiedenen Quellregionen getragen werden, was es für Sonnenphysiker einfacher machen wird, die Ströme bis zu ihren ursprünglichen Punkten auf der Sonne zurückzuverfolgen“, sagt die ESA.

Das bedeutet, dass zukünftige Physiker möglicherweise in der Lage sein werden, die Art des Sonnenwinds, den wir erleben, vorherzusagen, indem sie das sich ständig verändernde Mosaik aus Sonnenflecken, koronalen Löchern und anderen Merkmalen auf der Sonnenoberfläche beobachten. Die neuen Daten ebnen auch anderen sonnennahen Raumfahrzeugen wie der Parker Solar Probe der NASA und der Raumsonde BepiColombo der Europäischen Weltraumorganisation den Weg, mehr darüber herauszufinden, wie die Aktivität auf der Sonnenoberfläche das Sonnenwetter beeinflusst.