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Astronomie - Riesige Wellen in der Sonnenatmosphäre

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Der zweifache Blick auf die Sonne mit den Raumsonden ACE und STEREO A enthüllt ein neues Phänomen: großräumige Wellenfronten begleitete von helium-3-reichen Teilchenströmen.
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Ein neues Sonnenphänomen haben Forscher um Nariaki Nitta vom Lockheed Martin Advanced Technology Center in den USA und um Radoslav Bucík vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen unabhängig voneinander entdeckt: sehr großräumige, explosionsartige Wellenfronten in der Atmosphäre unseres Sterns, die zusammen mit Helium-3-reichen Teilchenströmen auftreten. Helium-3 ist eine leichte Spielart des Edelgases Helium. Die riesigen Wellen tragen möglicherweise entscheidend dazu bei, die Teilchen ins All zu beschleunigen, wie die die MPS-Forscher nun in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal berichten. Schlüssel zu dem Fund waren die Raumsonden STEREO A und ACE. Sie ermöglichten es, gleichzeitig aus zwei verschiedenen Richtungen auf unser Zentralgestirn zu blicken. Eine weitere Gelegenheit für solche Beobachtungen wird es in den nächsten Jahren nicht geben. 
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Ein Blick auf die rechte Seite der Sonne am 26. Januar 2010. In dem markierten roten Quadrat breitet sich in der ... [mehr]
© NASA/STEREO A/MPS/AAS reproduced with permission
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Die Sonne ist ein eruptiver Stern: Immer wieder spuckt sie in heftigen Ausbrüchen Teilchen und Strahlung ins All. Beispiele solcher Ausbrüche sind etwa koronale Massenauswürfe, bei denen ein Plasma aus Elektronen, Protonen und wenigen schweren Atome ins All geschleudert wird, sowie kurze, gebündelte Röntgenblitze. Beide Phänomene treten in Zusammenhang mit sogenannten Sonneneruptionen auf. Nun haben zwei Forschergruppen in Messdaten von 2010 unabhängig voneinander eine völlig neue Form solarer Ausstöße entdeckt: großräumige Wellenfronten in der Atmosphäre der Sonne, zusammen mit Teilchenströmen, die reich an Helium-3 sind. Die Wellenfronten ließen sich in energiereicher, ultravioletter Strahlung, der so genannten EUV-Strahlung, aus der Sonnenatmosphäre aufspüren.
Die Wellenfronten, welche die Forscher in Daten vom 26. Januar und 2. Februar 2010 detektierten, erstreckten sich über mindestens eine halbe Million Kilometern und breiteten sich mit Geschwindigkeiten von etwa 300 Kilometern pro Sekunde aus. Sie treten kurz nach einem schwachen Röntgenblitz auf, unterscheiden sich jedoch deutlich von dieser typischerweise gebündelten Form des Strahlungsausstoßes. Koronale Massenauswürfe als Auslöser der Wellen wurden nicht beobachtet. „Das neue Phänomen gleicht einer Art Explosion“, so Bucík, der das Team aus Forschern des MPS, der Johns Hopkins University und des Jet Propulsion Laboratory in den USA leitete.
Zeitgleich mit der explosionsartigen EUV-Welle schleudert die Sonne helium-3-reiche Teilchenströme ins All. Solche Ausstöße sind seit Jahren bekannt, ließen sich bisher jedoch nicht erklären. „Wir glauben nun, dass die EUV-Wellen, die Helium-3-Teilchen beschleunigen“, so Davina Innes vom MPS. „Unsere Auswertungen zeigen, dass die Eigenschaften der Wellenfront, wie etwa ihre Energie, auch die Eigenschaften der Teilchen beeinflusst“, fügt ihre MPS-Kollegin Lijia Guo hinzu. Wie dies genau geschieht, ist jedoch noch immer unklar. Die Forscher vermuten einen noch unverstanden Mechanismus, der die Teilchen ins All beschleunigt.
Um sowohl das Wellenphänomen, als auch die Helium-3-Ausstöße zu beobachten und so den Zusammenhang zwischen beiden zu erkennen, war ein zweifacher Blick auf die Sonne nötig. Da sich die Sonne dreht, verlassen ausgestoßene Teilchen den Stern auf gebogenen Bahnen ähnlich wie die Wasserstrahlen eines rotierenden Rasensprengers. Die Teilchen, die die Erde erreichen, haben deshalb ihren Ursprung auf der von der Erde aus betrachtet rechten Seite der Sonne. Diese Ursprungsregion ist von der Erde aus nicht gut sichtbar.
„STEREO A ist die einzige Sonnenobservatorium im Weltall, das nicht nah bei der Erde verharrt, sondern um die Sonne herumfliegt“, erklärt Bucík. Anfang 2010 blickte die Raumsonde genau auf die richtige Sonnenseite. Während die erdnahe Sonde ACE den Helium-3-reichen Teilchenstrom detektieren konnte, lieferte deshalb STEREO A Aufnahmen ihrer Ausgangsregion – und der zeitgleichen EUV-Welle.
Die Forscher glauben, dass das neue Phänomen kein seltenes ist, sondern sich nur bisher nicht beobachten ließ. „Leider wird sich aber auf absehbare Zeit keine weitere Beobachtungsmöglichkeit bieten“, beklagt Bucík.
STEREO A ist eine von zwei Zwillingssonden der NASA, die 2006 ins All startete. Die Sonden, genannt A und B, umkreisten die Sonne in entgegengesetzter Richtung und ermöglichten so einen dreidimensionalen Blick auf unser Zentralgestirn. Seit dem Ausfall von STEREO B im Oktober vergangenen Jahres kreist STEREO A im Alleingang weiter. Erst 2025 wird STEREO A wieder dieselbe günstige Beobachtungsposition auf der rechten Seite der Sonne einnehmen wie bereits 2010. ACE (Advanced Composition Explorer) ist eine Raumsonde der NASA. Seit 1997 untersucht sie solare, interstellare und kosmische Teilchen von einem Beobachtungsstandort in der Nähe der Erde. 
Quelle: MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT, MÜNCHEN
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