Neue Entdeckungen: Kraft des Sonnenwinds entschlüsselt

Nach den neuesten Entdeckungen, zu denen die von der Europäischen Weltraumorganisation durchgeführte Solar-Orbiter-Mission und die Parker Solar Probe der NASA beigetragen haben, sind die Wissenschaftler derzeit näher dran zu verstehen, welche Prozesse für die Erzeugung der Energie verantwortlich sind, die den Sonnenwind aufheizt und beschleunigt. Magnetfeldschwankungen beeinflussen dieses Phänomen.

Über diese Forschungsergebnisse wurde in einer offiziellen Mitteilung der Europäischen Weltraumorganisation informiert. Detaillierte Analysen wurden jedoch in der wissenschaftlichen Zeitschrift „Science“ veröffentlicht.

Der Sonnenwind, ein Strom beschleunigter Teilchen, die aus der Atmosphäre der Sonne ausgestoßen werden, reagiert mit der Erdatmosphäre und erzeugt spektakuläre Phänomene am Himmel. Aus diesem Grund entstehen Polarlichter.

Wir unterscheiden Sonnenwinde unterschiedlicher Geschwindigkeit – die schnelleren können sich mit einer Geschwindigkeit von 500 km/s bewegen, was etwa 1,8 Millionen km/h entspricht. Der Wind verlässt jedoch die Sonne mit einer niedrigeren Geschwindigkeit. Es ist also bekannt, dass unterwegs etwas ihn antreiben muss, zumal die Temperatur dieses Windes auch in großer Entfernung zur Quelle außergewöhnlich hoch bleibt.

Zu Beginn hat der Sonnenwind eine Temperatur von einer Million Grad Celsius. Wenn er auf ein größeres Volumen expandiert, nimmt seine Dichte ab. Die Temperaturänderungen sind jedoch langsamer als von den Wissenschaftlern angenommen. Dies bedeutet, dass etwas die notwendige Energie liefern muss, um die Bestandteile des Sonnenwinds zu erhitzen und zu beschleunigen.

In der neuesten Veröffentlichung in „Science“ präsentierte ein Forscherteam Beweise dafür, dass Alfvén-Wellen für die Lieferung der benötigten Energie zum Heizen und Beschleunigen des Sonnenwinds verantwortlich sind. Dies sind großskalige Schwingungen im Magnetfeld der Sonne. Sie wurden bereits zuvor als potenzielle Ursache genannt, aber Beweise dafür fehlten.

Plasma, der für den Sonnenwind charakteristische Materiezustand, unterscheidet sich unter anderem durch seine Empfindlichkeit auf Magnetfelder von gewöhnlichen Gasen, was die Ausbreitung von Alfvén-Wellen ermöglicht. Diese speichern Energie und können sie auf das Plasma übertragen.

Dank der Nutzung fortschrittlicher Instrumente an Bord der Solar Orbiter-Sonde und der Parker Solar Probe war eine genaue Analyse der Plasmastrukturen, einschließlich ihres Magnetfeldes, möglich. Im Februar 2022 befanden sich beide Sonden in demselben Strahl des Sonnenwinds, jedoch in unterschiedlicher Entfernung zur Sonne.

Dank dieser Konfiguration war es möglich, die Daten beider Missionen zu vergleichen. Es wurden Änderungen in der Energie des Plasmas untersucht, wobei das Vorhandensein und das Fehlen des Magnetfeldes berücksichtigt wurden. Aus den Beobachtungen geht hervor, dass nahe der Sonne etwa 10 % der Energie im Magnetfeld gespeichert waren, während es weiter im Weltraum nur noch 1 % waren.

Die gemachten Beobachtungen liefern wertvolle Informationen über die Mechanismen, die für die Beschleunigung des Sonnenwinds und die Aufrechterhaltung seiner hohen Temperatur in großen Entfernungen zur Sonne verantwortlich sind. Diese Ergebnisse sind ein Meilenstein hin zu einem tieferen Verständnis der Sonnenphänomene und ihres Einflusses auf den interplanetaren Raum.

Sonnenwinde und -stürme sind aus der Perspektive der Erde spektakuläre Phänomene. Sie bringen jedoch unterschiedliche Auswirkungen mit sich, unter anderem beeinflussen sie die Reisezeiten von Vögeln. Sie können jedoch auch gefährlich sein.

Eines der wichtigsten Risiken sind Störungen in Kommunikationssystemen. Beispielsweise können starke Sonnenstürme die Funktion von Satelliten beeinträchtigen, was zu Problemen mit der GPS-Navigation, der Telekommunikation und sogar dem Fernsehen und Radio führen kann.

Ein weiterer Effekt von Sonnenstürmen könnten Probleme mit dem Stromnetz sein. Während starker geomagnetischer Stürme können elektrische Leitungen überlastet werden, was zur Überlastung von Transformatoren und anderen Netzkomponenten führen kann. In extremen Fällen kann dies zu großflächigen Stromausfällen führen, wie es 1989 in Quebec der Fall war, als ein geomagnetischer Sturm einen neunstündigen Stromausfall für Millionen von Menschen verursachte.