Göttingen: Am Förderband des Sonnenplasmas

Göttinger MPS-Forscher entwicklen Strömungstheorie in der Konvektionszone

Erforschen Plasmaströme auf der Sonne: (von links) Prof. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor, Dr. Robert Cameron und Dr. Zhi-Chao Liang – alle vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen.
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Erforschen Plasmaströme auf der Sonne: (von links) Prof. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor, Dr. Robert Cameron und Dr. Zhi-Chao Liang – alle vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen.

Die Erforschung unseres lebensspendenden Sterns schreitet voran: Millionen Grad heißes Plasma ist auf der Sonne unterwegs – an der Oberfläche und im Innerern des Krafwerks unseres Sonnensystems.

Göttingen – Nun ist es Göttinger Forschern gelungen, die Ströme nachzuzeichnen und dafür eine Therorie aufzustellen.

MPS Göttingen: Der Umlauf dauere etwa 22 Jahre

Zusammengearbeitet haben dabei Forscher vom Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), der Universität Göttingen und der New York University Abu Dhabi.

Ihre aufsehenerregende wie einfache Theorie hat die renommierte Fachzeitschrift Science veröffentlicht: Das Plasma beschreibe in jeder Hemisphäre einen einzigen Umlauf, der etwa 22 Jahre dauere.

MPS Göttingen: Sonnenflecken entstehen im Laufe des Sonnenzyklus immer näher am Äquator

Das wiederum erkläre die elfjährige Dauer des Sonnenzyklus. Um all das herauszufinden, mussten die Forscher aber auch unter die sichtbaren Plasmaströme blicken – mit der Methode der Helioseismologie war es möglich, auch die Ströme tief im Inneren sichtbar zu machen.

Die in Richtung Sonnen-Äquator verlaufende Strömung am Boden der Konvektionszone sorge zudem dafür, dass Sonnenflecken im Laufe des Sonnenzyklus immer näher am Äquator entstehen. „Im Laufe des Sonnenzyklus wirken die Plasmaströme in Nord-Süd-Richtung wie eine Art Förderband, das die Magnetfelder mitreißt und so die Dauer eines Zyklus bestimmt“, erklärt Prof. Dr. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor des MPS und Erstautor der neuen Studie.

Im Innern der Sonne bewegt sich Plasma oberflächennah in Richtung der Pole und an der Basis der Konvektionszone in Richtung Äquator.

MPS Göttingen: Nord-Süd-Ströme erreichen Geschwindigkeiten von höchstens 50 Kilometern pro Stunde

Die genaue Amplitude der Plasmabewegungen im Sonneninnern sichtbar zu machen, sei für das Verständnis des solaren Magnetfeldes entscheidend.

„Im Sonneninnern sind die Plasmaströme in Nord-Süd-Richtung viel langsamer als solche, die in anderen Richtungen verlaufen wie etwa die differentielle Rotation der Sonne“, betont Gizon. In der gesamten Konvektionszone erreichen die Nord-Süd-Ströme Geschwindigkeiten von höchstens 50 Kilometern pro Stunde, dem Höchstwert an der Oberfläche.

MPS Göttingen: Es bleiben viele Fragen offen

Gizon und sein Team der Göttinger Sonnenforscher haben gezeigt, dass die Plasmaströme am Boden der Konvektionszone mit einer Geschwindigkeit von 15 Kilometern pro Stunde zum Äquator fließen. Diese Werte ergeben zusammen mit der Größe der Sonne die 22 Jahre für den Umlauf.

Dennoch bleiben viele Fragen: „Noch offen ist, warum die Nord-Süd-Ströme auf diese Weise verlaufen und welche Rolle diese Ströme für die magnetische Aktivität anderer Sterne spielen“, fügt Laurent Gizon hinzu.  (Samira Müller/Thomas Kopietz/MPS)

Helioseismologie

Die Konfektionszone ist eine Schicht im Inneren der Sonne, in der Energietransport durch heiße Plasmablasen erfolgt. Um die Plasmaströme unterhalb der Sonnenoberfläche nachzuverfolgen, haben Gizon und sein Team die Methode der Helioseismologie angewandt. Helioseismologen nutzen Schallwellen, um das Sonneninnere zu erforschen. Oberflächennahe Konvektionsströme regen ununterbrochen Schallwellen in der Sonne an. Diese haben Perioden von nahezu fünf Minuten. Die Wellen breiten sich durch die Sonne bis zur Oberfläche aus und führen dort zu Bewegungen, die mit Teleskopen auf der Erde und im Weltraum gemessen werden. 

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