19.03.2009
Alfvén-Wellen heizen die Sonnenkorona
Die spezielle Form magnetischer Schwingungen spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufheizung der Korona auf rund zwei Millionen Kelvin
Alfvén-Wellen heizen die Sonnenkorona
Rund zwei Millionen Grad heiß ist die Korona, die dünne äußere Atmosphäre der Sonne - obwohl die Oberflächentemperatur unseres Zentralgestirns gerade einmal 5800 Kelvin beträgt. Seit langem vermuten die Sonnenforscher, dass so genannte Alfvén-Wellen, eine spezielle Form magnetischer Schwingungen, eine entscheidende Rolle bei der Aufheizung der Korona spielen. Einem internationalen Forscherteam gelang jetzt erstmals der Nachweis von Alfvén-Wellen in der unteren Sonnenatmosphäre. Die Wissenschaftler berichten in der aktuellen Ausgabe von "Science" über ihre Entdeckung.
"Der Fluss der Energie durch die Sonnenatmosphäre und die Aufheizung der äußeren Regionen der Sonne sind immer noch unverstanden", konstatieren David Jess von der Queen´s University in Belfast und seine Kollegen aus Nordirland, England und den USA. Zwar zeigen zahlreiche Beobachtungen, dass sich in der Sonnenatmosphäre magneto-akustische Wellen ausbreiten, doch diese Wellen transportieren zu wenig Energie, um die Aufheizung der Korona erklären zu können.
Theoretische Modelle und Simulationen zeigen, dass Alfvén-Wellen einen möglichen Mechanismus für die Korona-Heizung darstellen. Alvén-Wellen sind niederfrequente Oszillationen von Ionen in einem magnetischen Feld. Die Bewegung der Ionen führt dabei zu einer Störung des Magnetfelds und erzeugt so eine Rückstellkraft, die für die Aufrechterhaltung der Schwingungen sorgt. Alfvén-Wellen breiten sich dispersionslos in Richtung des Magnetfelds aus.
In den vergangen Jahren meldeten mehreren Forschergruppen den Nachweis von Alfvén-Wellen in der Korona und in der oberen Chromsphäre. Jess und seine Kollegen weisen allerdings darauf hin, dass diese Entdeckungen nicht im Einklang mit der Theorie stehen und es sich vermutlich doch eher um magneto-akustische Wellen handelt.
Das Team verfolgte deshalb eine neue Strategie, um Alfvén-Wellen unmittelbar an ihrem Ursprung aufzuspüren. Die Forscher haben dazu einen kleinen Ausschnitt der Sonnenoberfläche - 68 mal 68 Quadratbogensekunden - mit dem Schwedischen Sonnenteleskop SST auf La Palma bei hoher Auflösung spektroskopisch über einen Zeitraum von 89 Minuten ununterbrochen beobachtet. Ihr spezielles Augenmerk richteten die Wissenschaftler dabei auf eine Ansammlung heller Flecken im Bereich der Granulation, die eine Fläche von etwa 430.000 Quadratkilometern auf der Sonne einnahm.
Die Messungen zeigen im Bereich der hellen Flecken eine Blauverschiebung, die einer Geschwindigkeit von 23 km/s entspricht. Dies deutet auf ein Überschießen der Konvektion in dieser Region - und gerade in solchen Bereichen sagt die Theorie die Entstehung von Alfvén-Wellen voraus. Tatsächlich finden Jess und seine Kollegen in der Wasserstoff-Alpha-Linie periodische Oszillationen der Linienbreite mit einer Periode von 126 Sekunden.
Jess und seine Kollegen interpretieren diese Oszillationen als klaren Beweis für das Vorhandensein von Alfvén-Wellen. Denn Alfvén-Wellen in magnetischen Flussröhren, wie sie an der Sonnenoberfläche auftreten, sind Torsionsschwingungen, die simultan Blau- und Rotverschiebungen verursachen, also genau solche Oszillationen der Linienbreite, wie Jess und sein Team sie beobachtet haben. Eine Abschätzung zeige außerdem, dass der mit diesen Wellen assoziierte Energiefluss ausreichend sei, um die Sonnenkorona aufzuheizen, so die Forscher.
Rainer Kayser
Weitere Infos:
Rund zwei Millionen Grad heiß ist die Korona, die dünne äußere Atmosphäre der Sonne - obwohl die Oberflächentemperatur unseres Zentralgestirns gerade einmal 5800 Kelvin beträgt. Seit langem vermuten die Sonnenforscher, dass so genannte Alfvén-Wellen, eine spezielle Form magnetischer Schwingungen, eine entscheidende Rolle bei der Aufheizung der Korona spielen. Einem internationalen Forscherteam gelang jetzt erstmals der Nachweis von Alfvén-Wellen in der unteren Sonnenatmosphäre. Die Wissenschaftler berichten in der aktuellen Ausgabe von "Science" über ihre Entdeckung.
Abb.: Hochaufgelöstes Bild der Sonnenoberfläche. Im Bereich der hellen Flecken stießen Jess und seine Kollegen auf Anzeichen für Alfvén-Wellen. (Bild: David Jess/Queen´s University Belfast)
"Der Fluss der Energie durch die Sonnenatmosphäre und die Aufheizung der äußeren Regionen der Sonne sind immer noch unverstanden", konstatieren David Jess von der Queen´s University in Belfast und seine Kollegen aus Nordirland, England und den USA. Zwar zeigen zahlreiche Beobachtungen, dass sich in der Sonnenatmosphäre magneto-akustische Wellen ausbreiten, doch diese Wellen transportieren zu wenig Energie, um die Aufheizung der Korona erklären zu können.
Theoretische Modelle und Simulationen zeigen, dass Alfvén-Wellen einen möglichen Mechanismus für die Korona-Heizung darstellen. Alvén-Wellen sind niederfrequente Oszillationen von Ionen in einem magnetischen Feld. Die Bewegung der Ionen führt dabei zu einer Störung des Magnetfelds und erzeugt so eine Rückstellkraft, die für die Aufrechterhaltung der Schwingungen sorgt. Alfvén-Wellen breiten sich dispersionslos in Richtung des Magnetfelds aus.
In den vergangen Jahren meldeten mehreren Forschergruppen den Nachweis von Alfvén-Wellen in der Korona und in der oberen Chromsphäre. Jess und seine Kollegen weisen allerdings darauf hin, dass diese Entdeckungen nicht im Einklang mit der Theorie stehen und es sich vermutlich doch eher um magneto-akustische Wellen handelt.
Das Team verfolgte deshalb eine neue Strategie, um Alfvén-Wellen unmittelbar an ihrem Ursprung aufzuspüren. Die Forscher haben dazu einen kleinen Ausschnitt der Sonnenoberfläche - 68 mal 68 Quadratbogensekunden - mit dem Schwedischen Sonnenteleskop SST auf La Palma bei hoher Auflösung spektroskopisch über einen Zeitraum von 89 Minuten ununterbrochen beobachtet. Ihr spezielles Augenmerk richteten die Wissenschaftler dabei auf eine Ansammlung heller Flecken im Bereich der Granulation, die eine Fläche von etwa 430.000 Quadratkilometern auf der Sonne einnahm.
Die Messungen zeigen im Bereich der hellen Flecken eine Blauverschiebung, die einer Geschwindigkeit von 23 km/s entspricht. Dies deutet auf ein Überschießen der Konvektion in dieser Region - und gerade in solchen Bereichen sagt die Theorie die Entstehung von Alfvén-Wellen voraus. Tatsächlich finden Jess und seine Kollegen in der Wasserstoff-Alpha-Linie periodische Oszillationen der Linienbreite mit einer Periode von 126 Sekunden.
Jess und seine Kollegen interpretieren diese Oszillationen als klaren Beweis für das Vorhandensein von Alfvén-Wellen. Denn Alfvén-Wellen in magnetischen Flussröhren, wie sie an der Sonnenoberfläche auftreten, sind Torsionsschwingungen, die simultan Blau- und Rotverschiebungen verursachen, also genau solche Oszillationen der Linienbreite, wie Jess und sein Team sie beobachtet haben. Eine Abschätzung zeige außerdem, dass der mit diesen Wellen assoziierte Energiefluss ausreichend sei, um die Sonnenkorona aufzuheizen, so die Forscher.
Rainer Kayser
Weitere Infos:
- Originalarbeit:
David B. Jess et al., "Alfvén Waves in the Lower Solar Atmosphere", Science 323, 1582 (2009)
http://dx.doi.org/10.1126/science.1168680 - A. Fossum und M. Carlsson, "High-frequency acoustic waves are not sufficient to heat the solar chromosphere", Nature 435, 919 (2005)
- L. Ofman, "Chromospheric Leakage of Alfvén Waves in Coronal Loops", Astrophysical Journal 568, L135 (2002)
- Queen´s University Belfast:
http://www.qub.ac.uk/ - Schwedisches Sonnenteleskop:
http://www.solarphysics.kva.se/NatureNov2002/telescope_eng.html
AL
