Die Korona der Sonne ist seltsam heiß und die Parker Solar Probe schließt eine Erklärung aus

Durch Eintauchen in die Sonnenkorona konnte die Parker Solar Probe der NASA S-förmige Biegungen im Magnetfeld der Sonne als Ursache für die sengenden Temperaturen der Korona ausschließen, wie aus einer Studie der University of Michigan hervorgeht. veröffentlicht In Die Briefe des Astrophysical Journal.

Die kronenartige Atmosphäre der Sonne kann 200 Mal heißer sein als die Sonnenoberfläche, obwohl sie weiter von der eigentlichen Wärmequelle im Sonnenkern entfernt ist. Wie die Hitze der Korona scheinbar den physikalischen Gesetzen trotzt, hat Wissenschaftler jahrzehntelang vor ein Rätsel gestellt. Dennoch ermöglicht sie es der heißen Suppe geladener Teilchen der Sonne, dem Plasma, sich schnell genug zu bewegen, um der Gravitationskraft der Sonne zu entkommen und unser Sonnensystem als Sonnenwind zu verschlingen.

Um das Rätsel zu lösen, baute die NASA die Parker Solar Probe, um in die Korona einzutauchen und ihre Wärmequelle zu finden. Die Raumsonde ist mit einer Reihe von Instrumenten ausgestattet, die von Justin Kasper, UM-Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik, entwickelt wurden, um die Dichte, Temperatur und Strömung des Koronaplasmas direkt zu messen.

Als die Sonde sich der Sonne näherte, entdeckte sie Hunderte von S-förmigen Biegungen im Magnetfeld der Sonne – Serpentinen genannt, weil sie die Richtung des Magnetfelds kurzzeitig umkehren – sowie Tausende von flacheren Biegungen. Einigen Wissenschaftlern erschienen die Serpentinen als vielversprechende Wärmequellen für die Korona und den Sonnenwind. Ihre starke S-förmige Biegung speicherte eine Menge magnetische Energiedas wahrscheinlich in das umgebende Plasma freigesetzt wurde, als die Serpentinen durch den Weltraum reisten und sich schließlich begradigten.

„Diese Energie muss irgendwo hin und könnte dazu beitragen, die Korona aufzuheizen und den Sonnenwind zu beschleunigen“, sagte Mojtaba Akhavan-Tafti, Assistenzforscher für Klima- und Weltraumwissenschaften sowie Ingenieurwesen an der UM und korrespondierender Autor der Studie.

Um die Korona zu erhitzen, müssen sich jedoch Serpentinen durch sie bewegen. Daher ist es wichtig zu wissen, wo sich Serpentinen bilden, um ihren Einfluss auf die Temperatur der Korona zu verstehen. Nachdem das Forschungsteam die Daten der ersten 14 Runden der Parker Solar Probe um die Sonne gründlich durchforstet hatte, entdeckte es, dass die S-förmigen Biegungen zwar im Sonnenwind in der Nähe der Sonne üblich sind, innerhalb der Korona jedoch fehlen.

Wissenschaftler sind sich noch immer nicht einig, was die Ursache für Serpentinen ist. Einige glauben, dass das Magnetfeld durch Turbulenzen im Sonnenwind jenseits der Korona gebogen wird. Andere glauben, dass Serpentinen ihre Reise an der Oberfläche der Sonne beginnen, wenn wirbelnde Magnetfeldlinien und -schleifen explosionsartig kollidieren und sich zu gebogenen Formen verbinden.

Die Ergebnisse der Studie schließen die letztere Hypothese aus. Wenn Serpentinen durch kollidierende Magnetfelder an der Sonnenoberfläche entstanden, müssten sie innerhalb der Korona noch häufiger vorkommen. Akhavan-Tafti glaubt jedoch, dass magnetische Kollisionen dennoch eine indirekte Rolle bei der Entstehung von Serpentinen – und der Erwärmung der Korona – spielen könnten.

„Unsere Theorie könnte die Lücke zwischen den beiden Denkschulen zu S-förmigen Serpentinenbildungsmechanismen schließen“, sagte Akhavan-Tafti. „Obwohl sie außerhalb der Korona gebildet werden müssen, könnte es innerhalb der Korona einen Auslösemechanismus geben, der die Bildung von Serpentinen im Sonnenwind verursacht.“

Wenn Magnetfelder auf der Sonnenoberfläche kollidieren, vibrieren sie wie gezupfte Gitarrensaiten und senden Wellen entlang der Magnetfelder in den Weltraum. Gleichzeitig erzeugt die Energie aus den Kollisionen sehr schnelle Plasmaströme im Sonnenwind.

Akhavan-Tafti glaubt, dass das schnelle Plasma die magnetischen Wellen verzerrt und sie zu Serpentinen im Sonnenwind macht. Wenn sich einige dieser Wellen in der Sonnenatmosphäre auflösen, bevor sie zu Serpentinen werden, könnten sie auch zur Erwärmung der Korona beitragen.

„Die Mechanismen, die zur Bildung der Serpentinen führen, und die Serpentinen selbst könnten sowohl die Korona als auch den Sonnenwind erhitzen“, sagte er.

Derzeit liegen jedoch nicht genügend Daten vor, um Auslöser an der Sonnenoberfläche gegenüber Turbulenzen im Sonnenwind als Ursache für Switchbacks vorzuziehen.

„Die bevorstehenden Reisen der Parker Solar Probe in die Sonne, bereits ab dem 24. Dezember 2024, werden noch näher an der Sonne mehr Daten sammeln. Wir werden die Daten verwenden, um unsere Hypothese weiter zu testen“, sagte Akhavan-Tafti.