SOHO-Bild der Sonne, das Magnetfelder (gelbe Linien) und den Sonnenwind (rote Pfeile) zeigt. Bildnachweis: NASA / ESA. Klicken um zu vergrößern.
Eine Schicht tief in der Sonnenatmosphäre kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit des Sonnenwinds abzuschätzen, eines Stroms von elektrifiziertem Gas, der ständig von der Sonne weht. Durch die Schätzung der Geschwindigkeit des Sonnenwinds werden die Wettervorhersagen im Weltraum verbessert, was die Erforschung der Planeten durch den Menschen erleichtert.
Der Sonnenwind strömt aus der heißen, dünnen Außenatmosphäre der Sonne, der „Korona“. Die Forscher waren überrascht zu entdecken, dass die Struktur der kühleren, dichten unteren Atmosphäre der Sonne, die als Chromosphäre bezeichnet wird, zur Abschätzung der Geschwindigkeit des Sonnenwinds verwendet werden kann.
Dies war unerwartet, da der Sonnenwind ein Phänomen der Korona ist und die Chromosphäre so tief ist - es ist die Schicht direkt über der sichtbaren Oberfläche der Sonne. "Es ist wie zu entdecken, dass die Quelle des Nils weitere 500 Meilen landeinwärts liegt", sagte Dr. Scott McIntosh vom Southwest Research Institute, Boulder, Colorado, Hauptautor eines Papiers zu dieser Forschung, das am 10. Mai im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde.
Die neue Arbeit verspricht, die Genauigkeit der Weltraumstrahlungsvorhersagen zu erhöhen. Die Sonne schießt gelegentlich Milliarden Tonnen elektrifiziertes Gas, sogenannte Coronal Mass Ejections (CMEs), mit einer Geschwindigkeit von mehreren Kilometern pro Stunde in den Weltraum. Wenn ein schnelles CME durch langsamen Sonnenwind pflügt, baut sich vor dem CME ein Schock auf, der die elektrisch geladenen Sonnenwindpartikel beschleunigt. Diese schnellen Partikel können Satelliten stören und sind für ungeschützte Astronauten gefährlich.
"Genauso wie das Wissen um mehr Details über die Atmosphäre dazu beiträgt, die Intensität eines Hurrikans vorherzusagen, hilft das Wissen um die Geschwindigkeit des Sonnenwinds, die Intensität von Weltraumstrahlungsstürmen von CMEs zu bestimmen", sagte Co-Autor Dr. Robert Leamon von L-3 Regierungsdienste im Goddard Space Flight Center der NASA, Greenbelt, Md.
Wie der Wind auf der Erde ist der Sonnenwind böig und hat eine Geschwindigkeit von etwa 750.000 Meilen pro Stunde (ungefähr 350 km / s) bis 1,5 Millionen Meilen pro Stunde (700 km / s).
Da der Sonnenwind aus elektrisch geladenen Teilchen besteht, reagiert er auf Magnetfelder, die die Sonnenatmosphäre durchdringen. Sonnenwindpartikel fließen entlang unsichtbarer Magnetkraftlinien wie Autos auf einer Autobahn. Wenn sich die Magnetfeldlinien wie in Regionen mit „koronalen Löchern“ direkt in den Weltraum biegen, wirkt der Sonnenwind wie Autos auf einem Schleppstreifen und rast mit hoher Geschwindigkeit dahin. Wenn sich die Magnetfeldlinien wie das Muster der Eisenspäne um einen Stabmagneten stark zur Sonnenoberfläche zurückbiegen, wirkt der Sonnenwind wie Autos im Stadtverkehr und tritt relativ langsam aus. Wissenschaftler wissen dies seit über dreißig Jahren und verwenden es, um eine grobe Schätzung für die Geschwindigkeit des Sonnenwinds zu geben - entweder schnell oder langsam.
In der neuen Arbeit hat das Team die Geschwindigkeit des Sonnenwinds, der an der Erde vorbei weht, an Schwankungen gebunden, die tiefer in der Sonnenatmosphäre liegen als zuvor (oder sogar erwartet). Durch Messung der Zeit, die eine Schallwelle benötigt, um sich zwischen zwei Höhen in der Chromosphäre zu bewegen, konnten sie feststellen, dass die Chromosphäre mit ihren offenen Magnetfeldern unter koronalen Löchern effektiv „dünn gedehnt“, aber unter magnetisch geschlossenen Bereichen komprimiert wird.
Das Team nutzte die Beobachtung, um aus der Struktur der Chromosphäre einen kontinuierlichen Bereich der Sonnenwindgeschwindigkeiten abzuleiten. Je breiter die Chromosphärenschicht ist, desto mehr kann sie sich durch offene Magnetfelder ausdehnen und desto schneller weht der Sonnenwind. Diese neue Methode ist präziser als die alte Schätzung „schnell oder langsam“.
Das Raumschiff Transition Region und Coronal Explorer (TRACE) der NASA wurde verwendet, um die Geschwindigkeit von Schallwellen in der Chromosphäre zu messen, und das Raumschiff Advanced Composition Explorer (ACE) der NASA wurde verwendet, um Messungen der Sonnenwindgeschwindigkeit durchzuführen, die von der Erde geblasen wurde. Der Vergleich der Daten der beiden Raumfahrzeuge ergab die Verbindung.
„Vor dieser Entdeckung konnten wir die Sonnenwindgeschwindigkeit nur von Raumfahrzeugen bestimmen, die ungefähr in einer Linie zwischen Erde und Sonne lagen, wie ACE, WIND und das Solar- und Heliosphärenobservatorium. Diese Raumfahrzeugflotte wurde entlang der Erde-Sonne-Linie platziert, weil wir über das bevorstehende Weltraumwetter Bescheid wissen müssen. Im Vergleich zur Größe unseres Sonnensystems ist dies jedoch ein sehr enger Bereich. Es ist, als würde man durch einen Sodastrohhalm schauen. Mit dieser Entdeckung können wir TRACE verwenden, um Bilder zu erstellen, die die Sonnenwindgeschwindigkeit im gesamten halben Sonnensystem vorhersagen können “, sagte Dr. Joe Gurman, Solarforscher bei der NASA Goddard.
Originalquelle: SWRI-Pressemitteilung
