Donnerstag, 3. März 2011

Solare Minima: Computermodell erklärt fleckenarme Sonne

Makellos: Sonnenfleckenfreie Sonne am 2. März 2008 | Copyright: SOHO/MDI

Greenbelt/ USA - Auf einer gestrigen Pressekonferenz (...wir berichteten) haben US-amerikanische und indische Sonnenwissenschaftler ein neues Computermodell vorgestellt, mit dem sie die ungewöhnlich ruhige Phase der Sonnenaktivität der vergangenen Jahre erklären. Der Grund für die ruhige Sonne liegt in Vorgängen im Innern der Sonne.

Die Häufigkeit der Sonnenflecken unterliegt einer elfjährigen Periodizität, dem sogenannten Sonnenfleckenzyklus. Bei Sonnenflecken handelt es sich um dunkle Stellen auf der sichtbaren Sonnenoberfläche (Photosphäre), die kühler sind und daher weniger sichtbares Licht abstrahlen als der Rest der Oberfläche und wie sie durch lokale Magnetfelder entstehen.

Während der vergangene Sonnenfleckenzyklus 23 sein Aktivitätsmaximum mit einer bislang noch nie zuvor registrierten hohen Anzahl an Sonnenflecken im Jahr 2001 erreicht hatte, folgte eine ungewöhnlich lang andauernde Phase auffallend geringer Aktivität, ein sogenanntes solares Minimum, gefolgt vom neuen und derzeitigen Zyklus Nummer 24, dessen Aktivität mittlerweile wieder zunimmt und nach Einschätzungen vieler Astronomen ihren Höhepunkt 2012/2013 erreichen könnte.

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Mit einem neuen Computermodell des Sonneninneren haben Wissenschaftler um Dibyendu Nandi vom "Indian Institute of Science Education and Research" in Kolkata zahlreiche solare Aktivitätszyklen simuliert und dabei entdeckt, dass die Zirkulationsgürtel elektrischer Ströme aus Sonnenplasma im Innern der Sonne für die solaren Minima verantwortlich sind. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht.

Künstlerische Darstellung des Inneren der Sonne, der Plasmastrom-Gürtel erscheint hier als schwarze Schlaufen, wie sie die Oberfläche der Sonne mit deren Innerem verbinden. | Copyright: Andrés Muñoz-Jaramillo of the Harvard CfA.

Das ungewöhnlich intensive und lang anhaltende Minimum des vergangenen Sonnenfleckenzyklus (23) zwischen 2008 und 2009, in dem es nahezu zwei Jahre lang fast keine Sonnenflecken gab (...wir berichteten 1, 2), sei demnach nicht ungewöhnlich und könne sich in Zukunft wiederholen.

In Folge dieses Rekord-Minimums kam es zu einer Abkühlung und einem Zusammenbruch der irdischen Thermosphäre (...wir berichteten) und einer Schwächung des Magnetfeldes der Sonne und des Sonnenwinds, durch die kosmische Strahlen in bislang nicht bekanntem Ausmaß ins Sonnensystem vordringen konnten (...wir berichteten 1, 2). Zur gleichen Zeit stellten sich Sonnenforscher die Frage, wo die Sonnenflecken abgeblieben waren.

Die Antwort liegt für die Forscher in Gürteln von Plasmaströmen im Innern der Sonne. "Wenn Sonnenflecken absterben, sinken ihre magnetischen Überreste bis in eine Tiefe von 300.000 Kilometern unterhalb der Sonnenoberfläche ab. Der Dynamo der Sonne, verstärkt dann die eigentlich absterbenden magnetischen Felder. Derart wiederbelebt streben diese - fast wie ein Korken unter Wasser - wieder an die Oberfläche und ein neuer Sonnenfleckenzyklus beginnt."

Sonnenfleckenzyklen des vergangenen Jahrhunderts: Die blauen Kurve zeigt die zyklische Variation der Anzahl von Sonnenflecken. Die roten Balken zeigen die zusammengenommene Anzahl sonnenfleckenloser Tage. Das Minimum des Sonnenfleckenzyklus Nummer 23 war das längste seit dem Beginn des Raumfahrtzeitalters mit der größten aufeinanderfolgenden Anzahl sonnenfleckenfreier Tage. | Copyright: Dibyendu Nandi et al.

Laut dem Modell der Forscher begann das Problem des letzten solaren Minimums in den späten 1990er Jahren, als die Sonnenaktivität des Zyklus Nummer 23 wieder zunahm "Genau zu dieser Zeit beschleunigte sich auch die Plasmastrom-Gürtel im Innern der Sonne", erläutert der Mitautor der Studie Andrés Muñoz-Jaramillo vom "Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics" in Cambridge.

Damals zog der schnell zirkulierende Strom magnetische Sonnenfleckenleichen ins Innere der Sonne, wo sie eigentlich erneut verstärkt werden sollten. "Zunächst schien es auch so, als würde dies die Sonnenfleckenproduktion auch befördern - aber dieser Effekt bleib aus. Als die Überreste der Sonnenflecken den inneren Dynamo erreicht hatten, ritten sie auf den Plasmaströmen durch die Verstärkungszone schlicht und einfach zu schnell hindurch, als das die verstärkt werden konnten - was die Produktion neuer Sonnenflecken beeinträchtigte."

Als dann später in den frühen 2000er Jahren, so das neue Computermodell, sich die Plasmastrom-Gürtel wieder verlangsamten, hätten sich die Magnetfelder der einstigen Sonnenflecken eigentlich zwar wieder erholen können, doch sei zu dieser Zeit der Schaden schon zu groß gewesen und "es gab kaum mehr Nachschub für neue Sonnenflecken". Zudem unterstützte die verlangsamte Zirkulation der Plasmaströme das erneute Emporsteigen nicht und verzögerte dadurch auch den Beginn des Sonnenfleckenzyklus Nummer 24 (...wir berichteten). "Die Bühne für das tiefste solare Minimum war also bereitet", kommentiert der weitere Mitautor der Studie Petrus Martens von der "Montana State University"

"Die Möglichkeit solare Minima zu verstehen und vorhersagen zu können ist etwas, das uns bislang nicht möglich war - und es ist eine sehr wichtige Sache", erläutert Lika Guhathakurta von der "Heliophysics Division" der NASA.

Während solare Maxima, während derer es meist zu Phasen gewaltiger Eruptionen kommt, mit einigen wenigen Jahren relativ kurzandauernd sind, können solare Minima viele Jahre, ja sogar Jahrzehnte andauern. Berühmtestes Beispiel hierfür ist das sogenannte Maunder Minimum, das im 17. Jahrhundert ganze 70 Jahre anhielt und mit dem Höhepunkt der sogenannten Kleinen Eiszeit zwischen dem 15. und 19. Jahrhundert einherging. Bis heute bemühen sich Wissenschaftler darum, mögliche Zusammenhänge zwischen den beiden Phänomen zu verstehen.

Als nächsten Schritt ihrer Erforschung der Sonne, soll das NASA-Sonnenobservatorium "Solar Dynamics Observatory" (SDO) das Innere unseres Sterns und damit auch die Plasmastrom-Gürtel beobachten, um damit zukünftige Minima noch besser verstehe und vorhersagen zu können.

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / nasa.gov
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