Die leisen Töne der Sonne

Mit dem Sonnenteleskop GREGOR lassen sich schwache Magnetfelder auf der Sonne mit bisher unerreichter Genauigkeit messen. Erste Ergebnisse liegen jetzt vor.

30. November 2016

Die Sonne bietet nicht immer ein imposantes Schauspiel aus heftigen Eruptionen, veränderlichen Sonnenflecken und starken Magnetfeldern – und schon gar nicht überall auf ihrer Oberfläche. Selbst in Phasen hoher Aktivität zeigt sich der Großteil unseres Sterns von seiner leisen Seite. Die kleinskaligen, äußerst schwachen Magnetfelder, die charakteristisch sind für diese so genannten ruhigen Gebiete auf Sonne, lassen sich nur schwer messen. Forschern unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen ist dies nun mit bisher unerreichter Genauigkeit gelungen. Sie nutzten dazu das Sonnenteleskop GREGOR, das 2012 als Teil des Teide Observatoriums auf Teneriffa eingeweiht wurde. Diesem und weiteren ersten GREGOR-Ergebnissen widmet die Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics heute eine Sonderausgabe mit insgesamt neun Artikeln.

Ein Blick auf den Hauptspiegel von GREGOR. Mit einem Durchmesser von 1,5 Metern zählt er weltweit zu den Größten unter den Sonnenteleskopen.

In gewisser Weise gleicht die ruhige Sonne einem Topf blubbernd kochenden Wassers. Heißes Plasma steigt aus der Tiefe auf, kühlt sich ab und sinkt wieder hinab. An der sichtbaren Oberfläche, der Photosphäre, führt dieser Kreislauf zu einem Muster aus kleinskaligen Blasen, die sich ständig verändern. Die so genannten Granulen messen nur etwa 1000 Kilometer im Durchmesser. „Die ruhige Sonne ist der Normalzustand unseres Sterns“, erklärt Prof. Dr. Sami K. Solanki, Geschäftsführender Direktor des MPS und Co-Autor aller neun aktuellen Studien. „Nur wenn wir diesen Zustand genau kennen, können wir verstehen, wie die Magnetfelder der Sonne entstehen und wie die magnetische Energie in die darüber liegenden Schichten transportiert wird“, fügt er hinzu.

Allerdings erweisen sich die Magnetfelder, welche die ruhige Sonne auszeichnen, als notorisch schwer zu messen: Sie sind nicht nur sehr kleinskalig, sondern auch äußerst schwach. Die bisher besten Messungen stammen vom japanischen Weltraumteleskop Hinode; doch nicht wenige der Messwerte gehen im Rauschen des Teleskops unter. Mit dem bodengebundenen Sonnenteleskop GREGOR konnten die Forscher um Dr. Andreas Lagg vom MPS nun eine dreimal so hohe Empfindlichkeit erreichen. „Anders als Hinode untersucht GREGOR unter anderem das infrarote Licht, das die Sonne abstrahlt“, erklärt Lagg. Die größere Wellenlänge sorgt für eine höhere Empfindlichkeit der Messungen. Zusammen mit der guten räumlichen Auflösung, die der Hauptspiegel von GREGOR mit seinem Durchmesser von 1,5 Metern gewährleistet, ergab sich ein neuer Rekord: Die Forscher konnten solare Magnetfelder mit einer Stärke von einigen Gauss bis auf 250 Kilometer auflösen. Zum Vergleich: Die Magnetfelder innerhalb von Sonnenflecken können bis zu 1000-mal so stark sein. 

Ein Blick auf die ruhige Sonne mit dem Sonnenteleskop GREGOR macht die schwachen Magnetfelder mit einer Auflösung von 250 Kilometern sichtbar: In 80% des Bildes finden sich entsprechende Polarisationssignale (untere drei Bilder), die deutlich aus dem Rauschniveau heraustreten.

GREGOR ist Europas größtes Sonnenteleskop und zählt zu den leistungsfähigsten der Welt. Neben dem großen Hauptspiegel punktet GREGOR durch eine adaptive Optik, welche störende Einflüsse von Turbulenzen in der Erdatmosphäre blitzschnell ausgleicht. Vor vier Jahren wurde GREGOR offiziell eingeweiht. Nach einer Phase technischer Beobachtungen begannen 2014 die ersten wissenschaftlichen Messkampangen.  

Diese Abbildung zeigt die Stärke des Magnetfeldes (links), seine Richtung (Mitte links und Mitte rechts) sowie die vertikale Strömungsgeschwindigkeit des Sonnenplasmas in der Sonnenatmosphäre  (rechts) in verschiedenen Höhen der Sonne. Die vier Spalten jedes Bildes zeigen verschiedene Höhenschichten in der Sonne, von der tiefen Photosphäre bis zur oberen Chromosphäre. Die magnetischen Strukturen der Photosphäre finden sich auch in der oberen Chromosphäre wieder.

Im Rahmen dieser Kampagnen blickten MPS-Forscher auch auf die Randbereiche einzelner Sonnenflecken. Diese dunklen Gebiete überziehen die sichtbare Oberfläche der Sonne im Laufe ihres elfjährigen Aktivitätszyklus mal mehr, mal weniger zahlreich. Ihre Ränder muten wie filigrane, fingerartig ausgefranste Kränze an. Die dazugehörigen Magnetfeldstrukturen sind in der Photosphäre hoch komplex. Wie sie sich in höheren Schichten fortsetzen, war bisher offen, denn auch dort erschwerte die geringe Stärke der Magnetfelder die Messungen. Dank GREGOR sind nun auch diese leisen Töne der Sonne zugänglich. Dem Forscherteam unter Leitung von Dr. Jayant Joshi vom MPS und der Universität von Stockholm gelangen nun empfindliche Messungen dieser Felder in der oberen Chromosphäre der Sonne. Dabei zeigte sich, dass die filigrane magnetische Struktur der Photosphäre auch in diesen höheren Schichten noch erkennbar ist.

Das Sonnenteleskop GREGOR (rechts im Bild) ist Teil des Teide Observatoriums auf Teneriffa.

Das Sonnenteleskop GREGOR ist Teil des Teide Observatoriums auf Teneriffa. Es wird geleitet vom Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg. Das MPS und das Leibniz Institut für Astrophysik in Potsdam sind zu je 20 Prozent an dem Teleskop beteiligt.






Zur Redakteursansicht