Forschende am Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS) in Freiburg haben ein Rätsel gelöst, das Wissenschaftler*innen seit über 400 Jahren beschäftigt: Warum bleiben Flecken auf der Sonne oft über Tage, Wochen oder sogar Monate stabil, obwohl die Oberfläche des Sterns ein extrem dynamischer Ort ist? Diese dunklen Flecken, die Galileo Galilei schon im 17. Jahrhundert beschrieb, zeigen starke Magnetfelder – aber wie sie ihre Struktur so lange halten können, war bislang unklar.
Sonne: Darum bleiben ihre Flecken stabil
Das Team nutzte hochauflösende Daten vom deutschen GREGOR-Teleskop und vom japanischen Satelliten Hinode. Mit einer verbesserten Methode konnten sie Störungen durch die Erdatmosphäre aus den Bodenmessungen herausrechnen. So erreichten sie im Rahmen ihrer Studie eine Genauigkeit, wie sie sonst nur Satelliten liefern, jedoch mit viel geringerem Aufwand. Ein zentrales Werkzeug war die Auswertesoftware FIRTEZ, mit der sich magnetische Felder und Gasdruck detailliert analysieren lassen.
Die entscheidende Entdeckung: In Sonnenflecken herrscht ein präzises Gleichgewicht zwischen magnetischen Kräften und dem inneren Gasdruck – das sogenannte magnetohydrostatische Gleichgewicht. Diese Balance verhindert, dass die Strukturen kollabieren oder sich sofort auflösen. Selbst in komplexen Regionen wie der Penumbra, mit ihren hellen und dunklen Filamenten, oder in der von Störungen durchzogenen Umbra bleibt dieses Gleichgewicht bestehen.
Besonders deutlich zeigte sich dieses Zusammenspiel in der ringförmigen Struktur um das Zentrum der Flecken. Dort wechseln sich Bereiche mit stärker geneigtem Magnetfeld und höherem Gasdruck ab. Die Forschenden konnten zeigen, dass die Lorentzkraft, also die durch das Magnetfeld erzeugte Kraft, exakt mit dem Druckgefälle übereinstimmt. Damit war der Beweis für das Gleichgewicht erbracht – nicht nur in Modellen, sondern auch direkt in den Beobachtungsdaten.
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Gleichgewicht wird „genau gehalten“
Auch die dunklen Zentren der Sonnenflecken, die Umbra, hielten dieser Untersuchung stand. Obwohl dort keine so klare Struktur wie in der Penumbra erkennbar ist, ließ sich auch hier das Gleichgewicht nachweisen. Unterschiede zwischen den einzelnen Sonnenflecken ließen sich dabei durch kleine Störungen erklären, etwa durch sogenannte umbrale Lichtbrücken oder helle Punkte, die das Magnetfeld lokal beeinflussen.
„Diese Analyse zeigte, dass die magnetischen Kräfte im Inneren von Sonnenflecken durch Druckkräfte so kompensiert werden, dass das Gleichgewicht genau gehalten wird“, betont das KIS in einer entsprechenden Pressemitteilung. Sie erklärt aber nicht nur ihre lange Lebensdauer, sondern bietet auch neue Ansätze, um instabile Phasen frühzeitig zu erkennen. Das ist besonders wichtig, weil instabile Sonnenflecken Auslöser für starke Sonneneruptionen sein können – Ereignisse, die Auswirkungen auf Satelliten, Stromnetze und Kommunikationssysteme auf der Erde haben.
Quellen: „The role of the Lorentz force in sunspot equilibrium“ (Astronomy & Astrophysics, 2025); Institut für Sonnenphysik
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