Universe Today hat untersucht, wie wichtig die Untersuchung von Einschlagskratern, Planetenoberflächen, Exoplaneten und Astrobiologie ist und was diese Disziplinen sowohl Forschern als auch der Öffentlichkeit über die Suche nach Leben außerhalb der Erde lehren können. Hier werden wir das faszinierende Gebiet der Sonnenphysik (auch Heliophysik genannt) diskutieren, einschließlich der Gründe, warum sich Wissenschaftler damit befassen, welche Vorteile und Herausforderungen das Studium mit sich bringt, was wir daraus über die Suche nach Leben außerhalb der Erde lernen können und wie angehende Studenten das Studium der Sonnenenergie fortsetzen können Physik. Warum ist es also so wichtig, Sonnenphysik zu studieren?
Prof. Maria Kazachenko, Sonnenastrophysikerin und Assistenzprofessorin in der Abteilung für Astrophysik und Planetenwissenschaften an der University of Colorado, Boulder, erklärt gegenüber Universe Today: „Die Sonnenphysik untersucht, wie unsere Sonne funktioniert, und unsere Sonne ist ein Stern. Wir sollten verstehen.“ Wie unser Heimatstern aus verschiedenen Gründen funktioniert. Erstens sind Sterne die Bausteine unseres Universums. Sogar wir bestehen aus Sternenstaub. Zweitens liefert unsere Sonne Energie für das Leben und beeinflusst unser Leben hier auf der Erde (Weltraumwetter, digitale Sicherheit, Astronauten). Um sicher zu gehen, müssen wir also unseren Stern verstehen. Schließlich ist die Sonne der einzige Stern, für den wir qualitativ hochwertige Karten der Magnetfelder erhalten könnten, die die Sternaktivität definieren. Zusammenfassend ist die Untersuchung der Sonne von grundlegender Bedeutung für für unsere Weltraumsicherheit und für das Verständnis des Universums.“
Das Gebiet der Sonnenphysik reicht bis ins Babylonische Jahr 1300 v. Chr. zurück, wo Astronomen zahlreiche Sonnenfinsternisse dokumentierten, und griechische Aufzeichnungen zeigen, dass die Ägypter sehr geschickt darin waren, Sonnenfinsternisse vorherzusagen. Darüber hinaus dokumentierten alte chinesische Astronomen insgesamt 37 Sonnenfinsternisse zwischen 720 v. Chr. und 480 v. Chr. und führten außerdem Aufzeichnungen über die Beobachtung sichtbarer Sonnenflecken um 800 v. Chr. Sonnenflecken wurden erstmals 1610 von mehreren internationalen Astronomen mit Teleskopen beobachtet, darunter Galileo Galilei, dessen Zeichnungen bis heute aufbewahrt werden.
Derzeit werden Sonnenphysikstudien sowohl von boden- als auch weltraumgestützten Teleskopen und Observatorien durchgeführt, darunter das Daniel K. Inouye Solar Telescope der National Science Foundation (NSF) auf Hawaii und die Parker Solar Probe der NASA, wobei letztere innerhalb von 7,26 liegt Millionen Kilometer (4,51 Millionen Meilen) der Sonnenoberfläche im September 2023. Aber was sind angesichts all dieser Geschichte und wissenschaftlichen Instrumente einige der Vorteile und Herausforderungen des Studiums der Sonnenphysik?
Prof. Kazachenko erklärt gegenüber Universe Today, dass zu den wissenschaftlichen Vorteilen des Studiums der Sonnenphysik „reichhaltige Beobachtungen und viele wissenschaftliche Probleme, an denen man arbeiten muss; Vorteile aus interdisziplinärer Forschung (Sternphysik, Exoplanetengemeinschaften)“ gehören, wobei sich einige der wissenschaftlichen Herausforderungen daraus ergeben die Notwendigkeit, Fernerkundung einzusetzen, was manchmal zu einer Fehlinterpretation der Daten führt.
In Bezug auf die beruflichen Aspekte erklärt Prof. Kazachenko gegenüber Universe Today, dass zu den Vorteilen „eine kleine und freundliche Gemeinschaft, eine große Vielfalt an Forschungsproblemen, die auf erstaunlichen neuen Beobachtungen und komplexen Simulationen basieren, sowie die Fähigkeit, an verschiedenen Arten von Problemen zu arbeiten (Instrumentierung, Weltraumwetter“) gehören Betrieb, Forschung)“ mit einigen beruflichen Herausforderungen, einschließlich der Suche nach einer Festanstellung, was ihrer Meinung nach „wie überall in der Wissenschaft“ sei.
Wie bereits erwähnt, beinhaltet das Studium der Sonnenphysik die Untersuchung des Weltraumwetters, bei dem der Sonnenwind mit der Erde, insbesondere mit unserem Magnetfeld, interagiert, was zu den wunderschönen Polarlichtern führt, die in den hohen nördlichen und südlichen Breiten beobachtet werden. Gelegentlich ist der Sonnenwind stark genug, um Satelliten zu zerstören und sogar Stromnetze auf der Erdoberfläche lahmzulegen.
Dies wurde durch das Carrington-Ereignis am 1. und 2. September 1859 demonstriert, als weltweit Brände an Telegrafenstationen sowie mehrere starke Polarlichtbeobachtungen gemeldet wurden. Während dieses Ereignis stattfand, als das Erdmagnetfeld den einfallenden Sonnenwind weitgehend ablenkte, könnte das Leben auf diesem Planeten zum Scheitern verurteilt sein, wenn unser Magnetfeld uns nicht schützt. Was kann uns die Sonnenphysik also über die Suche nach Leben außerhalb der Erde lehren?
Prof. Kazachenko sagt gegenüber Universe Today: „Die Sonne kann uns etwas über die Sternaktivität erzählen, einschließlich Flares und koronaler Massenauswürfe, die für die Entstehung von Leben auf den Planeten von entscheidender Bedeutung sein könnten. Wie häufig kommen diese Flares vor? Wie stark könnten sie sein? Warum sind sie so.“ Einige Ausbrüche eruptiven (verlassen den Stern) und andere bleiben begrenzt (das ausgebrochene Plasma bleibt auf dem Stern erhalten). Warum beobachten wir meist begrenzte Ausbrüche auf anderen Sternen? Die Sonne könnte uns auch etwas über die Wissenschaft hinter der langfristigen Sternentwicklung (Sternzyklen) erzählen , Sternendynamo).
Wie die meisten wissenschaftlichen Disziplinen umfasst die Sonnenphysik Forscher aus unzähligen Bereichen, darunter die oben genannten Exoplanetengemeinschaften, aber auch Standardphysik, Astrophysik, Informatik, Plasmaphysik und Fluiddynamik, um nur einige zu nennen. Durch ständige Zusammenarbeit und innovative Bemühungen vor diesem Hintergrund können Forscher nicht nur unsere eigene Sonne, sondern auch Sonnen in anderen Sonnensystemen im gesamten Kosmos untersuchen. Welchen Rat kann Prof. Kazachenko daher angehenden Studierenden geben, die ein Studium der Sonnenphysik anstreben?
„Seien Sie mutig, ehrgeizig und arbeiten Sie hart“, sagt Prof. Kazachenko gegenüber Universe Today. „Sprechen Sie mit Studenten und Wissenschaftlern, die auf diesem Gebiet arbeiten, und scheuen Sie sich nicht, Wissenschaftler zu kontaktieren, mit denen Sie gerne zusammenarbeiten würden. Arbeiten Sie an Ihren Mathematik- und Kommunikationsfähigkeiten.“
Wie bereits erwähnt, sind Sonnenfinsternisse ein wichtiger Aspekt des Studiums der Sonnenphysik, da sie seit Tausenden von Jahren von unzähligen Zivilisationen auf der ganzen Welt beobachtet und dokumentiert werden. Der Heilige Gral der Finsternisse sind totale Sonnenfinsternisse, bei denen der Mond die Sonne vollständig verdeckt und Sonnenphysikern die seltene Gelegenheit bietet, koronale Massenauswürfe zu beobachten und zu untersuchen, die laut Prof. Kazachenko für die Entstehung von Leben von entscheidender Bedeutung sein könnten.
Die bevorstehende totale Sonnenfinsternis, die in ein paar Monaten die Vereinigten Staaten durchqueren wird, wird Wissenschaftlern noch mehr Möglichkeiten bieten, die vielen Eigenschaften der Sonne zu untersuchen, noch mehr als die totale Sonnenfinsternis 2017. Für diese bevorstehende Sonnenfinsternis plant Prof. Kazachenko, mit dem Education & Public Outreach Team des National Solar Observatory eine Expedition „Eclipses en la Frontera“ nach Eagle Pass, Texas, zu leiten.
Prof. Kazachenko sagt gegenüber Universe Today: „Wir hatten während der ringförmigen Sonnenfinsternis (im Oktober 2023) eine wundervolle Zeit, also kehren wir jetzt zurück, um das Ganze zu erleben.“
Prof. Kazachenko fährt fort: „Die Sonnenfinsternis am 8. April 2024 steht vor der Tür. Es ist eine lebensverändernde Erfahrung. Nicht weil ich Sonnenphysiker bin, sondern weil sie einem das Gefühl gibt, Teil des Universums zu sein.“ Der beste Ort, um es in den USA zu sehen, ist Texas (z. B. San Antonio, Austin oder Dallas), da es auf dem Rest des Sonnenfinsternispfades bewölkt sein könnte.