Riesige Konvektionszellen auf der Sonne

Im äußeren Drittel der Sonne transportiert Konvektion die Energie aus dem Inneren an die Oberfläche. Äußeres Anzeichen dafür ist die Granulation, die bereits bei frühen teleskopischen Beobachtungen unseres Zentralgestirns im 17. Jahrhundert entdeckt wurde. Granulen sind etwa 1000 Kilometer groß und haben eine typische Lebensdauer von zehn Minuten. Messungen der Bewegung der Granulen zeigten in den späten 1950er- und frühen 1960er-Jahren die Existenz größerer Strukturen, der Supergranulen. Sie haben einen Durchmesser von 30.000 Kilometern und eine Lebensdauer von etwa einem Tag.

Schon kurz nach der Entdeckung der Supergranulation führten theoretische Überlegungen zu der Vorhersage, dass es sogar noch größere Strömungsstrukturen auf der Sonne geben müsse: Riesenzellen mit einem Durchmesser von 200.000 Kilometern und einer typischen Lebensdauer von einem Monat. Trotz vieler Versuche war es bislang jedoch nicht gelungen, solche Riesenzellen eindeutig nachzuweisen. Zwar konnten Anfang der 1970er-Jahre magnetische Strukturen ähnlicher Größe und Lebensdauer aufgespürt werden, doch diese lassen sich vollständig durch Magnetfelder erklären, die durch differenzielle Rotation und Supergranulen von den aktiven Regionen weg transportiert werden.

David Hathaway vom Marshall Space Flight Center der NASA und seine Kollegen berichten nun von einem Durchbruch bei der Suche nach den Riesenzellen. Das Team hat mit dem „Helioseismic and Magnetic Imager“ an Bord des „Solar Dynamics Observatory“ über einen längeren Zeitraum hinweg die Bewegung der Supergranulation beobachtet. Dazu haben die Forscher die Dopplerverschiebung von Eisen-Spektrallinien gemessen. In einem aufwändigen Verfahren mussten die Wissenschaftler zunächst die Bewegungen des Observatoriums und die Sonnenrotation herausrechnen und dann über eine geeignete Glättung der Daten die Bewegung den Supergranulen zuordnen.

Das Team stieß auf beständige, großräumige Strömungsmuster, die auf der Nordhälfte der Sonne im Uhrzeigersinn und auf der Südseite gegen den Uhrzeigersinn drehen. Diese Strömungsregionen identifizieren Hathaway und seine Kollegen mit den gesuchten Riesenzellen. Sie sind, wie die Beobachtungen zeigen, über Monate hinweg stabil und transportieren durch ihre Rotation Drehimpuls in Richtung Äquator. Damit liefern sie auch eine Erklärung dafür dass, die Sonne am Äquator schneller rotiert als in höheren Breiten.

Rainer Kayser

CT