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Plasma-Kanonenkugeln in Texas-Größe könnten dabei helfen, eines der größten Rätsel der Sonne zu lösen

2020

Ein Kampf tobt auf der Oberfläche der Sonne. Wellenförmige Stacheln schießen bis zu Tausenden von Kilometern hoch, während Plasmabomben an den Rändern von Sonnenflecken explodieren. Jetzt haben Solarforscher vielleicht eine andere Waffe im Arsenal unseres nächsten Sterns entdeckt: Texas-große Kugeln aus Hitze und Licht.

Diese Kugeln streifen durch das Plasma zwischen der Sonnenoberfläche und der Korona (Atmosphäre), wie kürzlich in einem Bericht im Astrophysical Journal Letters berichtet wurde . Die Heliophysiker, die die Beobachtung gemacht haben, tauften sie "Kanonenkugeln", weil sie beim Fliegen Bögen aufspüren (und vermutlich, weil es super cool klingt). Das unbestätigte Phänomen könnte dazu beitragen, die gottlosen Temperaturen in der oberen Sonnenatmosphäre zu erklären, unter anderem die Geheimnisse der Plasmaphysik.

Die Handlung geht in der Chromosphäre der Sonne unter, die dort beginnt, wo die Photosphäre (der Teil, der Sie blind macht) aufhört, und erstreckt sich bis zur Corona (der wispigen Atmosphäre, die während einer Sonnenfinsternis sichtbar ist). Wie genau diese Übergangszone funktioniert, bleibt jedoch unbekannt. Die Temperatur steigt unerklärlicherweise innerhalb von nur Tausenden von Kilometern von kühlen 10000 Grad Celsius auf wenige Millionen Grad Celsius.

„Es ist immer noch ein großes Problem, warum sich die Temperatur so schnell ändert“, sagt Xiaohong Li, Doktorand an den National Astronomical Observatories in China und Mitautor der Arbeit. "Dies ist das Problem, das alle [Sonnen-] Physiker zu lösen versuchen."

Li und ihre Mitarbeiter lernten diese rätselhafte Plasmaschicht hautnah kennen, indem sie Dutzende von Stunden an Aufnahmen von verschiedenen hochauflösenden Solarteleskopen machten, die sich auf einen bestimmten Schatten scharlachroten Lichts konzentrierten, der vom Wasserstoff der Chromosphäre ausgestrahlt wurde. Sechs Monate lang lud das Team jeden Tag Videos herunter und durchsuchte sie nach Hinweisen. "Jeder hätte es finden können", sagt Li. "Die Leute verbringen nicht so viel Zeit damit, sich auf die kleinen Details zu konzentrieren."

Als Jun Zhang, Professor an den National Astronomical Observatories, im Frühjahr 2018 im Fuxian Solar Observatory die erste fliegende Kanone in Aufnahmen eines Solarteleskops entdeckte, vermutete er, dass dies nur ein Ausrutscher in der Aufnahme war. Nach einem Monat des Durchsuchens der Archive des Teleskops fand er jedoch ein zweites Beispiel. Erst nachdem das Team eine Handvoll dieser Ereignisse zusammengetragen hatte, wurde er aufgeregt. Sie fanden schließlich 20 Kanonenkugeln und schätzen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt vielleicht 40 der Kugeln durch die Chromosphäre segeln.

Die Kleckse, die einen Durchmesser von ca. 700 Meilen haben und mit einer Geschwindigkeit von ca. 125.000 Meilen pro Stunde fliegen, stehen für eine Fülle an Wärme und Energie. Die Forscher schlagen vor, dass die magnetische Energie der Sonne die Kanonenkugeln in einem gewalttätigen, aber wenig verstandenen Ereignis auslöst, das als Wiederverbindung bekannt ist. Die brodelnde Oberfläche der Sonne sendet starke Magnetfelder in die Chromosphäre, und wenn zwei in verschiedene Richtungen gerichtete Bögen aufeinanderprallen, können sie abrupt einrasten und sich dann in einer neuen Ausrichtung verbinden. Höher in der Atmosphäre lösen energetischere Versionen dieser Explosionen Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe aus. Als das Team ihre Videoclips mit hochauflösenden Magnetfeldbildern vom Solar Dynamics Observatory der NASA verglich, fanden sie grobe Unterstützung für die Theorie, dass die Wiederverbindung ihre Kanonenkugeln antreibt und sie entlang des Bogens des Magnetfelds sendet.

Andere Solarwissenschaftler behaupten jedoch, dass Kanonenkugeln ohne detaillierte magnetische Messungen möglicherweise nicht ihren eingängigen Spitznamen verdienen. Jedes Merkmal, das zu klein ist, um es klar aufzulösen, kann sphärisch erscheinen, und ohne echte Höhendaten bleibt das Anstiegs- und Abfallverhalten spekulativ, so Michiel van Noort, ein Heliosphäre-Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Solarforschung. Er fragt sich, ob es sich bei den Merkmalen nicht um tatsächliche Flecken von physischem Material handelt, die von der Oberfläche geschleudert werden, sondern um Wellen der Gartenvielfalt, die durch das Plasma der Chromosphäre rollen. Solche Plasma-Impulse würden nichts so Exotisches erfordern wie eine erneute Verbindung, um in Gang zu kommen, sagt er.

Marco Velli, Sonnenphysiker an der UCLA und Observatoriumswissenschaftler bei der aktuellen Parker Solar Probe-Mission der NASA, hat ähnliche Fragen. Die Geschwindigkeiten der Kanonenkugeln liegen nahe an denen der Plasmawellen in der Chromosphäre, und ohne weitere Beispiele ist es schwierig, die beiden voneinander zu unterscheiden.

Er findet die Ergebnisse jedoch faszinierend und hofft, dass Folgeuntersuchungen - möglicherweise unter Verwendung künstlicher Intelligenz, um eine umfassendere Untersuchung des Sonnenlichts durchzuführen - weitere Fälle auftauchen werden, die untersucht werden müssen. Wenn weitere Untersuchungen belegen, dass die magnetische Wiederverbindung Kanonenkugeln verursacht, sind sie ein wichtiges Fenster für die Wiederverbindung in ruhigen, vergleichsweise energiesparenden Umgebungen. Ein besseres Verständnis darüber, wie durch die Wiederverbindung Energie und Material in die Sonnenatmosphäre gelangen, würde uns auch dabei helfen, herauszufinden, inwieweit das Phänomen zur Erwärmung der Korona beiträgt.

Physiker brauchen jeden Einblick in die Wiederverbindung, die sie bekommen können, betont Velli, und nicht nur, um die Sonne zu verstehen. Das Fehlen eines detaillierten Verständnisses der Wiederverbindung ist auch das wichtigste Kriterium bei der Erzeugung von Energie aus Kernfusionen, bei denen Reaktoren starke, stabile, nicht wiederverbindende Magnetfelder benötigen, um das Plasma unter Kontrolle zu halten. [Wiederverbindung] ist ein universeller Prozess, sagt er. »Es ist wichtig.«

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