Die Sonnenkorona ist seltsam heiß und Parker Solar Probe schließt eine Erklärung aus

Durch das Eintauchen in die Sonnenkorona schloss die Parker Solar Probe der NASA S-Krümmungen im Sonnenmagnetfeld als Ursache für die sengenden Temperaturen der Korona aus, wie aus einer Studie der University of Michigan hervorgeht, die in veröffentlicht wurde Briefe aus der astrophysikalischen Zeitschrift.

Die koronaähnliche Atmosphäre der Sonne kann 200-mal heißer sein als die Sonnenoberfläche, obwohl sie weiter von der ultimativen Wärmequelle im Sonnenkern entfernt ist. Die Art und Weise, wie die Hitze der Korona sich scheinbar der Physik widersetzt, hat Wissenschaftler jahrzehntelang verblüfft, aber sie ermöglicht es der heißen Suppe geladener Teilchen oder dem Plasma der Sonne, sich schnell genug zu bewegen, um der Anziehungskraft der Sonne zu entkommen und unser Sonnensystem in Form von Sonnenwind zu verschlingen.

Um dieses Rätsel zu lösen, baute die NASA die Parker Solar Probe, um in die Korona einzutauchen und ihre Wärmequelle zu finden. Das Raumschiff ist mit einer Reihe von Instrumenten ausgestattet, die von Justin Kasper, Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik an der UM, entwickelt wurden, um die Dichte, Temperatur und den Plasmafluss von der Krone direkt zu messen.

Bei ihrer ersten Annäherung an die Sonne entdeckte die Sonde Hunderte von S-Krümmungen im Sonnenmagnetfeld, die „Umkehrbiegungen“ genannt werden, weil sie die Richtung des Magnetfelds kurzzeitig umkehren, sowie Tausende weniger ausgeprägte Windungen. Für einige Wissenschaftler schienen diese Umkehrkurven vielversprechende Wärmequellen für die Korona und den Sonnenwind zu sein. Ihre ausgeprägte S-Krümmung speicherte viel magnetische Energie, die wahrscheinlich an das umgebende Plasma abgegeben wurde, als die entgegenkommenden Krümmungen durch den Weltraum flogen und sich schließlich gerade richteten.

„Diese Energie muss irgendwo hin, und sie könnte dazu beitragen, die Korona zu erwärmen und den Sonnenwind zu beschleunigen“, sagte Mojtaba Akhavan-Tafti, Assistenzwissenschaftlerin für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik an der UM und Studienkorrespondentin des Autors.

Aber um die Krone zu erhitzen, müssen Biegungen durch sie hindurchgehen. Daher ist es wichtig zu wissen, wo sich diese Biegungen bilden, um ihren Einfluss auf die Temperatur der Korona zu verstehen. Nach der Untersuchung der Daten der ersten 14 Runden der Parker Solar Probe um die Sonne stellte das Forschungsteam fest, dass S-Krümmungen im Sonnenwind in der Nähe der Sonne zwar häufig vorkommen, innerhalb der Krone jedoch fehlen.

Über die Ursachen der Biegungen sind sich Wissenschaftler noch immer nicht einig. Einige glauben, dass das Magnetfeld durch Turbulenzen des Sonnenwinds außerhalb der Korona gebogen wird. Andere glauben, dass die Biegungen ihre Reise auf der Sonnenoberfläche beginnen, wenn Magnetfeldlinien und -schleifen explosionsartig kollidieren und sich zu gekrümmten Formen verbinden.

Die Ergebnisse der Studie widerlegen diese letzte Hypothese. Wenn die umgekehrten Krümmungen durch Kollisionen von Magnetfeldern auf der Sonnenoberfläche entstanden sind, sollten sie innerhalb der Korona noch häufiger auftreten. Akhavan-Tafti glaubt jedoch, dass magnetische Kollisionen immer noch eine indirekte Rolle bei der Entstehung der Rückkrümmungen und der Erwärmung der Korona spielen könnten.

„Unsere Theorie könnte die Lücke zwischen den beiden Denkschulen über die Mechanismen zur Erzeugung dieser S-förmigen Umkehrungen schließen“, sagte Akhavan-Tafti. „Obwohl sie sich außerhalb der Korona bilden müssen, könnte es innerhalb der Korona einen Auslösemechanismus geben, der dazu führt, dass sich diese Umkehrungen im Sonnenwind bilden. »

Wenn Magnetfelder auf der Sonnenoberfläche kollidieren, vibrieren sie wie gezupfte Gitarrensaiten und senden Wellen entlang der Magnetfelder in den Weltraum. Gleichzeitig erzeugt die Energie der Kollisionen sehr schnelle Plasmaströme im Sonnenwind.

Akhavan-Tafti glaubt, dass das schnelle Plasma magnetische Wellen im Sonnenwind zu Schleifen verzerrt. Wenn sich einige dieser Wellen in der Sonnenatmosphäre auflösen, bevor sie zu Schleifen werden, könnten sie auch eine Rolle bei der Erwärmung der Korona spielen.

„Die Mechanismen, die zur Bildung von Serpentinen führen, sowie die Serpentinen selbst könnten sowohl die Korona als auch den Sonnenwind erhitzen“, sagte er.

Derzeit liegen jedoch keine ausreichenden Daten vor, um Auslöser auf der Sonnenoberfläche und nicht Turbulenzen im Sonnenwind als Ursache für die Umkehrungen zu vermuten.

„Die nächsten Expeditionen der Parker Solar Probe zur Sonne, die am 24. Dezember 2024 beginnen, werden es ermöglichen, noch näher an der Sonne mehr Daten zu sammeln. Wir werden diese Daten nutzen, um unsere Hypothese weiter zu testen“, sagte Akhavan-Tafti.