Milliarden Grad Unterschied: Das große Rätsel der Sonne
Die Atmosphäre der Sonne glüht bei Millionen Grad – ein schier unvorstellbarer Wert, der in krassem Gegensatz zu den vergleichsweise „milden“ 6.000 Grad auf ihrer Oberfläche steht. Dieser Temperaturunterschied zählt zu den größten ungelösten Rätseln der Sonnenphysik. Womöglich stecken winzige, extrem flüchtige Plasmastrahlungen dahinter – sogenannte Nanojets, die ununterbrochen in der Sonnenkorona stattfinden. Doch diese kleinen Energieausbrüche zu jagen, glich bisher der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Das könnte sich nun ändern: Das Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) hat dem Rätsel mit einer gehörigen Portion Einfallsreichtum ein gutes Stück näher kommen können.
Die Geburtsstunde eines Mysteriums
Bereits Mitte des 20. Jahrhunderts, als Wissenschaftler entdeckten, dass die Sonnenkorona Temperaturen von mehreren Millionen Grad erreicht, stand die Fachwelt vor einem Rätsel. Seither haben Forscher verschiedene Erklärungsansätze entwickelt. Eine vielversprechende Theorie stammt vom renommierten Astrophysiker Eugene Parker: Er vermutete vor Jahrzehnten, dass die gesamte Korona von unzähligen winzigen Energieblitzen, sogenannten Nanoflares, durchzogen wird. In den letzten Jahren wurden durch Weltraummissionen wie IRIS (NASA) und Solar Orbiter (ESA/NASA) tatsächlich Ereignisse beobachtet, die diesen kleinskaligen Phänomenen ähneln.
Ein neues Problem: Die Jagd nach den unsichtbaren Jets
Doch die ersten Erfolge warfen sofort neue Fragen auf: Wie kann man diese winzigen Jets zuverlässig und in ihrer Massenhaftigkeit nachweisen? Ihre schiere Größe und Geschwindigkeit machen sie extrem schwer fassbar. Obwohl moderne Teleskope die auffälligsten Ereignisse bereits identifizieren können, entziehen sich unzählige weitere – die der Theorie nach über die gesamte Sonnenoberfläche verteilt sein müssten – weiterhin dem Zugriff. „Die Theorie besagt, dass diese Nanojets auf der gesamten Sonnenoberfläche gleichzeitig stattfinden müssen, um die Atmosphäre auf diese Temperatur zu heizen“, erklärt Daniel Nobrega, Forscher am IAC und Mitautor der neuen Studie.
Das Problem hat zwei Seiten: Zum einen reicht die Auflösung aktueller Satelliten oft nicht aus – eine Verbesserung wird von der für 2027 geplanten NASA-Mission MUSE erwartet. Zum anderen ist den Wissenschaftlern nicht immer klar, nach welchen spezifischen Signalen sie in den Daten suchen sollen, besonders wenn die Jets so klein und kurzlebig sind, dass sie kaum eine sichtbare Spur hinterlassen. „Diese Nanojets sind extrem klein und kurzlebig, was ihre Beobachtung enorm erschwert. Wahrscheinlich treten sie an weit mehr Orten auf, als wir bisher nachweisen konnten“, sagt Samrat Sen, ebenfalls IAC-Forscher und Hauptautor der Studie.
Zwei entscheidende Puzzlestücke aus Teneriffa
Nach einer gründlichen Analyse des Problems hat ein Team des IAC und der Universität La Laguna (ULL) nun zwei entscheidende Puzzlestücke geliefert. Zum einen schlagen die Forscher einen physikalischen Mechanismus vor, der die Entstehung dieser Nanojets erklären könnte. Zum anderen haben sie Vorhersagen entwickelt, die dabei helfen sollen, die Jets in künftigen Beobachtungen gezielt aufzuspüren. Für Nóbrega-Siverio liegt der Schlüssel darin, „zu wissen, wo man suchen muss“. „Wir wollten ein Modell entwickeln, das uns zeigt, wie diese Jets entstehen, um daraus abzuleiten, welche Signale wir in den Daten erwarten können“, erläutert der Forscher.
Magnetische Wiedervereinigung als Motor
Wie die Wissenschaftler erklären, werden diese Energieausbrüche durch einen Prozess namens „magnetische Rekonnexion“ ausgelöst. Dieser findet statt, wenn zwei Magnetfelder mit entgegengesetzter Richtung aufeinandertreffen, ihre Struktur aufbrechen und dabei immense Mengen gespeicherter Energie freisetzen. Diese Energie schleudert das Plasma in Form von extrem schmalen Jets (etwa 100 Kilometer Durchmesser) mit hoher Geschwindigkeit (rund 100 km/s) nach außen, die jedoch nur wenige Sekunden andauern.
Obwohl sich der Prozess der magnetischen Rekonnexion nicht direkt beobachten lässt, können seine Auswirkungen auf das Plasma sichtbar gemacht werden. „Das Plasma folgt den magnetischen Feldlinien, und unser Modell zeigt, welche Signale in zukünftigen Aufnahmen – etwa denen von MUSE – zu sehen sein müssten“, erklärt das Team. „Diese Arbeit eröffnet einen völlig neuen Zugang zur Erforschung der Dynamik auf kleinsten Skalen auf der Sonne“, sagt Studienleiter Sen. „Indem wir besser verstehen, wie magnetische Strukturen miteinander interagieren und diese Nanojets erzeugen, machen wir einen wichtigen Schritt, um die Aufheizung der Sonnenkorona zu verstehen – und allgemein, wie magnetische Energie in astrophysikalischen Plasmen freigesetzt wird“, schließt er.
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