Forscher nähern sich der Lösung des Rätsels um die magnetische Kraft der Sonne.
Das Rätsel, wie sich ein Magnetfeld im Inneren der Sonne bildet, hat die Astronomen beschäftigt, seit der italienische Sterndeuter Galilei Anfang des 16. Ihm fiel auf, wie sie im Laufe der Zeit schwankten. Nun schlägt ein gemischtes Forscherteam in einem Bericht in der Zeitschrift Nature eine neue Theorie vor. Sie gehen davon aus, dass das Magnetfeld nicht tief im Inneren der Sonne, sondern näher an ihrer Oberfläche entsteht.
Ihre Erkenntnisse könnten zum Verständnis des 11-jährigen Sonnenzyklus und zur Vorhersage des Weltraumwetters beitragen, das GPS- und Kommunikationssatelliten stören und gleichzeitig ein Spektakel mit Polarlichtern veranstalten kann.
"Diese Arbeit legt eine neue Hypothese für die Entstehung des Magnetfelds der Sonne nahe, die besser mit den Sonnenbeobachtungen übereinstimmt, und wir hoffen, dass sie uns helfen wird, bessere Vorhersagen über die Sonnenaktivität zu treffen", erklärte Daniel Lecoanet, Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Mathematik an der Northwestern University und Mitglied des Zentrums für interdisziplinäre Erforschung und Forschung in der Astrophysik.
Sonnenflecken helfen den Wissenschaftlern, die Aktivität der Sonne zu verfolgen. Sie sind die Anfänge der explosiven Entladungen und Auswurfereignisse, die Licht, Sonnenmaterie und Energie in den Weltraum entlassen. Der jüngste Sonnensturm ist ein Zeichen dafür, dass sich die Sonne dem so genannten "Sonnenmaximum" nähert - einem Punkt in ihrem 11-Jahres-Zyklus, an dem die höchste Anzahl von Sonnenflecken zu beobachten ist.
"Wir gehen davon aus, dass die Anzahl der Sonnenflecken die Stärke des Magnetfeldes im Inneren der Sonne widerspiegelt, so dass wir glauben, dass der 11-jährige Sonnenfleckenzyklus ein Indikator für den Zyklus der Stärke des inneren Magnetfeldes der Sonne ist", so Lecoanet.
Um das Magnetfeld der Sonne zu verstehen, verwenden die Wissenschaftler mathematische Modelle. Das von Lecoanet und seinem Team erstellte Modell berücksichtigt zum ersten Mal ein Phänomen, das als Torsionsschwingung bezeichnet wird - magnetisch angetriebene Gas- und Plasmaströme innerhalb der Sonne und um sie herum, die zur Bildung von Sonnenflecken beitragen.
In bestimmten Regionen beschleunigt oder verlangsamt sich die Rotation dieser Sonneneigenschaft, während sie in anderen konstant bleibt. Wie der 11-jährige magnetische Zyklus der Sonne folgen auch die Torsionsschwingungen einem 11-jährigen Muster.
"Wir nutzten Sonnenbeobachtungen, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie sich Material im Inneren der Sonne bewegt, und lösten dann Gleichungen, um zu bestimmen, wie sich das Magnetfeld innerhalb der Sonne aufgrund dieser beobachteten Bewegungen verändert", erklärte Lecoanet.
"Niemand hatte diese Berechnung je zuvor durchgeführt, weil man nicht wusste, wie man sie effizient durchführen kann", fügte er hinzu.
Die Berechnungen des Teams ergaben, dass sich Magnetfelder etwa 32.100 Kilometer (20.000 Meilen) unter der Sonnenoberfläche bilden können - viel näher als bisher angenommen. Frühere Modelle gingen davon aus, dass der Ursprung viel tiefer liegt - etwa 209.200 Kilometer (130.000 Meilen).
"Unsere neue Hypothese liefert eine natürliche Erklärung für die Torsionsschwingungen, die anderen Modellen fehlt", so Lecoanet.
Der knifflige Teil war die Entwicklung der Algorithmen, die für die Durchführung der komplexen Berechnungen notwendig waren. Diese wurden vom Hauptautor der Studie, Geoff Vasil, einem Professor an der Universität von Edinburgh, formuliert. Die Entwicklung der Algorithmen dauerte über 10 Jahre und erforderte einen leistungsstarken NASA-Supercomputer für die Durchführung der Simulationen.
"Wir haben rund 15 Millionen CPU-Stunden für diese Studie verbraucht", so Lecoanet. "Wenn ich versucht hätte, die Berechnungen auf meinem Laptop auszuführen, hätte ich dafür etwa 450 Jahre gebraucht.
Ellen Zweibel, Professorin für Astronomie und Physik an der University of Wisconsin-Madison, die nicht an der Studie beteiligt war, fand die ersten Ergebnisse faszinierend und sagte deren Auswirkungen auf künftige Modelle und Forschungen voraus. Sie ist zuversichtlich, dass sich die neue Hypothese "als Schlüssel zur Entschlüsselung dieses astrophysikalischen Rätsels erweisen wird".
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Quelle: edition.cnn.com
