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Abt. Sonne und Heliosphäre

Zwei hohe Auszeichnungen für MPS-Forscher

Prof. Dr. Manfred Schüssler modelliert die magnetischen Prozesse der Sonne – und bringt so Ordnung ins solare Chaos.

1. September 2017

Gleich zwei internationale Vereinigungen von Sonnenphysikern würdigen in diesen Tagen die Beiträge von Prof. Dr. Manfred Schüssler vom Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) zur Sonnenphysik. Die Solar Physics Division, eine Unterabteilung der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft (AAS), hat den Göttinger Physiker mit dem George Ellery Hale Prize ausgezeichnet. Den Senior Prize für das Gesamtwerk eines Sonnenforschers erhält Schüssler Anfang September von der European Solar Physics Division, einer gemeinsamen Unterabteilung der Europäischen Physikalischen und der Europäischen Astronomischen Gesellschaft. Prof. Dr. Manfred Schüssler gilt als einer der Pioniere der numerischen Magnetohydrodynamik unseres Sterns, die das Zusammenspiel von Sonnenplasma und Magnetfeldern beschreibt.  

Prof. Dr. Dana Longcope (links), Vorsitzender der Solar Physics Division der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft, überreicht die Urkunde an Prof. Dr. Manfred Schüssler (rechts).<br /><br /><br /> Bild vergrößern
Prof. Dr. Dana Longcope (links), Vorsitzender der Solar Physics Division der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft, überreicht die Urkunde an Prof. Dr. Manfred Schüssler (rechts).


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Auf den ersten Blick möchte man an der Sonne verzweifeln. Auf den zweiten und dritten auch. Die solaren Magnetfelder, die den Großteil aller Prozesse und Phänomene in den äußeren Schichten unseres Sterns steuern, zeigen eine geradezu unfassbare Vielfalt und Komplexität. Während das Magnetfeld unserer Erde im Wesentlichen dem eines Stabmagneten gleicht, zeichnen das Magnetfeld der Sonne zusätzlich stark lokalisierte und dynamische Anteile aus. In der Korona der Sonne, die bei einer Sonnenfinsternis eindrucksvoll sichtbar wird, offenbaren sich diese Felder als koronale Bögen, entlang denen heißes Plasma fließt. Organisieren sich die Feldlinien um, kommt es mitunter zu heftigen Ausstößen geladener Teilchen, so genannter Sonneruptionen. An der sichtbaren Oberfläche der Sonne manifestieren sich die Magnetfelder auf allen Größenskalen: von hellen Flecken, die nur wenige hundert Kilometern im Durchmesser messen, bis hin zu riesigen dunklen Sonnenflecken, die so groß sein können wie die Erde.

Ordnung in dieses scheinbare Durcheinander zu bringen, ist der Forschungsschwerpunkt von Prof. Dr. Manfred Schüssler. Sein Werkzeug sind theoretische Modelle, die das komplexe Wechselwirken der Plasmaströme und Magnetfelder der Sonne beschreiben. Während sich die meisten Sonnenbeobachtungen auf die obersten Schichten unseres zwiebelartig aufgebauten Sterns beschränken müssen, ermöglichen solche Modelle Einblicke in tiefere Bereiche  – und können so verschiedenste Phänomene zu einem Gesamtbild verknüpfen.

Im Herzen der Überlegungen findet sich die Konvektionszone, eine etwa 140.000 Kilometer dicke Schicht direkt unterhalb der Oberfläche der Sonne, die direkten Beobachtungen kaum zugänglich ist. Dies ist der Geburtsort der solaren Magnetfelder. In den Simulationen Schüsslers offenbart sich diese Region als eine Art magnetischer Hexenkessel. Angetrieben von der Hitze im Innern des Sterns steigt heißes, elektrisch leitendes Plasma nach oben, kühlt sich ab und sinkt wieder in die Tiefe. In einem Dynamoprozess erzeugen die Plasmaströme die Magnetfelder. Unter dem Einfluss der Rotation und des strömenden Plasmas verändern und verdrillen sich die Felder, setzen sich nach oben fort und durchbrechen schließlich die Oberfläche der Sonne. Dort zeigen sie sich als bipolare Regionen, eng benachbarte Gebiete hoher aber entgegengesetzter magnetischer Feldstärke, und eindrucksvolle Sonnenflecken.

Die Arbeiten Schüsslers tragen maßgeblich dazu bei zu verstehen, wo diese bipolaren Regionen auf der Sonne erscheinen und wie sie sich weiter entwickeln. Zudem helfen sie zu verstehen, warum sie bei anderen Sternen zum Teil an ganz anderen Orten anzutreffen sind.

Die Rechnungen ermöglichen zudem ein tieferes Verständnis der Aktivität unseres Sterns. Seit Jahrhunderten ist bekannt, dass die Sonne einem etwa elfjährigen Rhythmus folgend mal mehr, mal weniger aktiv ist. Neben der Häufigkeit und Heftigkeit von Sonneneruptionen gilt die Anzahl der Sonnenflecken, welche die Oberfläche des Sterns überziehen, als Maß für seine Aktivität. Zeigt sich die Sonne von ihrer temperamentvolleren Seite, sind diese besonders zahlreich. Allerdings fällt die Stärke der Aktivitätsmaxima (und -minima) sehr unterschiedlich aus. Auch die Suche nach einer Erklärung für diese Eigentümlichkeit der Sonne beginnt zwangsläufig mit dem Entstehungsprozess der Flecken tief im Inneren des Sterns. So konnte Schüssler zusammen mit MPS-Forscher Dr. Robert Cameron zeigen, dass chaotische Prozesse eine entscheidende Rolle spielen. Als Konsequenz lässt sich die Stärke eines Aktivitätsmaximums nicht über einen längeren Zeitraum hinweg vorhersagen. 

Prof. Dr. Manfred Schüssler hat an der Georg-August-Universität Göttingen Physik studiert und promoviert. In den Folgejahren führte ihn sein wissenschaftlicher Weg ans Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg – und 1999 wieder zurück nach Göttingen, wo er eine außerplanmäßige Professur erhielt. Ebenfalls seit 1999 forscht  er am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Zu seinen Auszeichnungen zählt unter anderem eine Gauß-Professur der Göttinger Akademie der Wissenschaften.

Die Amerikanische Astronomische Gesellschaft (AAS) unterteilt sich in mehrere Abteilungen. Die Vereinigung der Sonnenphysiker (Solar Physics Department) vergibt jährlich den George Ellery Hale Prize für hervorragende Beträge zur Astronomie der Sonne. Es ist die höchste amerikanische Auszeichnung für Sonnenphysiker. Die European Solar Physics Division, die sich aus Mitgliedern der Europäischen Astronomischen Gesellschaft (EAS) und der Europäischen Physikalischen Gesellschaft (EPS) zusammensetzt, vergibt den ESPD Senior Prize in diesem Jahr zum ersten Mal. Er würdigt das Gesamtwerk eines Sonnenforschers und wird in Zukunft alle drei Jahre verliehen.


 
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