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Mysteriöser Sonnenzyklus: Forscher liefern endlich die physikalische Erklärung

Während des Sonnenzyklus können gigantische Plasmabögen in die Atmosphäre geschossen werden. (Symbolbild)
Während des Sonnenzyklus können gigantische Plasmabögen in die Atmosphäre geschossen werden. (Symbolbild)
Foto: iStock/LV4260
Die Sonnenaktivität ändert sich alle elf Jahre. Bislang war es Forschern schwer zu sagen, was hinter einem Sonnenzyklus steckte. Doch nun liefern sie die physikalische Erklärung.

Alle elf Jahre ändert sich die Sonnenaktivität. Dieses Ereignis macht sich vor allem an den Sonnenflecken bemerkbar. Diese magnetische Periode dauert also insgesamt 22 Jahre. Für Forscher war es lange ein Rätsel, was hinter diesem Sonnenzyklus steckt. Sicher sind sie sich nur, dass es mit dem heißen Plasma unserer Sonne zusammenhängt.

Der Sonnenzyklus: Was steckt dahinter?

Das Plasma der Sonne besteht aus elektrisch leitendem Gas. Es reicht von der Oberfläche etwa 200.000 Kilometer in die Tiefe des Sterns. Zudem ist es ständig in Bewegung. Nun konnte ein internationales Forscherteam ein umfassendes Bild dieser Plasmaströme, die sich von Norden nach Süden bewegen, abbilden. Dies liefert neue Erkenntnisse über den Sonnenzyklus.

Obwohl unsere Sonne sehr rätselhaft ist, gelang es den Wissenschaftlern die Strömungsgeometrie zu erfassen. Das Plasma umläuft jede Sonnenhemisphäre innerhalb von 22 Jahren. Die Strömungen Richtung Äquator, die sich am Boden der Konvektionszonen befinden, treiben die Sonnenflecken immer näher an den Äquator heran. Dies soll wegen der großräumigen Plasmaströme geschehen. Sie bewegen das Magnetfeld Richtung Äquator.

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Schallwellen lassen ins Sonneninnere blicken

Auf der Oberfläche unserer Sonne sind mal mehr und mal weniger dunkle Flecken zu erkennen. Der Abstand zwischen den Maxima beträgt rund elf Jahre. Nach 22 Jahren, sind die Sonnenflecken wieder magnetisch gleich gepolt. Kommt es zu einem Maximum der Sonnenaktivität ragen gigantische Plasmabögen in die Atmosphäre der Sonne hinein. Im Minimum des Sonnenzyklus beruhigt sich die Aktivität merklich.

Um das solare Magnetfeld zu verstehen, muss die Geometrie und Amplitude der Plasmabewegungen im Sonneninneren sichtbar gemacht werden. Dafür wurde die Methode der Helioseismologie angewandt. Mit Schallwellen wird dabei das Innere der Sonne erforscht. Nahezu alle fünf Minuten werden Schallwellen in der Sonne durch Konvektionsströme angeregt. Sie durchdringen die Sonne bis hin zur Oberfläche. Die Bewegungen lassen sich von Observatorien auf der Erde und Weltraumteleskopen messen.

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Zwei Datensätze bildeten die Basis der Studie

Für die Studie wurden Schallwellen, die sich im Innern ausbreiten und Richtung Norden und Süden bewegen beobachtet. Sie werden durch Plasmaströme gestört. Dadurch verändert sich die Richtung: mit der Strömung breiteten sie sich schneller aus, in entgegengesetzter Richtung langsamer. Anhand dieser Störungen konnten die Forscher ein mathematisches Modell und eine Computersimulation erstellen. Es ließen sich einige Eigenschaften der Plasmaströme herausarbeiten.

Sie bewegen sich mit maximal 50 Kilometern pro Stunde an der Oberfläche vorwärts. Die Daten wurden über einen langen Zeitraum gemittelt. Dafür wurden zwei Messreihen verwendet: eine von SOHO, dem Sonnenobservatorium im Weltall von ESA und NASA und Daten von GONG (Global Socillation Network Group). Die Daten von SOHO erstreckten sich von einen Zeitraum von 1996 bis 2011. Die Daten von GONG wurden von sechs Sonnenteleskopen auf der Erde seit 1995 gesammelt.

Die physikalische Erklärung des Sonnenzyklus

Darin sind zwei vergangene Sonnenzyklen abgebildet worden. Die Zeiträume lassen sich aufgrund dieser Datenmenge mitteln und die Ergebnisse vergleichen. Es zeigte sich, dass die Plasmaströme mit einer Geschwindigkeit von 15 Kilometern pro Stunde zum Äquator fließen. An der Oberfläche fließt das Plasma zu den Polen und ist mit 50 Kilometern pro Stunde etwas schneller unterwegs. Ein kompletter Umlauf benötigt rund 22 Jahre. Damit haben die Forscher die physikalische Erklärung für den Sonnenzyklus geliefert.

Die NASA entdeckte kürzlich neue Sonnenflecken. Diese HInweise könnte sie liefern. Ein Sonnenzyklus könnte auch die Sonnenstürme aus dem All ankündigen. Dies hat auch Folgen für unsere Erde.

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