Raumsonde Solar Orbiter entdeckt winzige Jets, die den Sonnenwind antreiben könnten

Von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), 26. August 2023

Der Solar Orbiter entdeckte winzige Jets der Sonne, die möglicherweise den Ursprung des Sonnenwinds erklären. Dies stellt traditionelle Annahmen über die Entstehung des Windes in Frage, da die neuen Daten auf einen intermittierenden Abfluss hinweisen. Die Ergebnisse könnten auch Auswirkungen auf das Verständnis der Atmosphären anderer Sterne haben. Bildnachweis: ESA und NASA/Solar Orbiter/EUI-Team; Danksagung: Lakshmi Pradeep Chitta, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

The ESA/NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA Solar Orbiter spacecraft has discovered a multitude of tiny jets of material escaping from the Sun’s outer atmosphere. Each jet lasts between 20 and 100 seconds, and expels plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Plasma mit etwa 100 km/s (60 Meilen/s) oder 360.000 km/h (220.000 mph). Diese Jets könnten die lang gesuchte Quelle des Sonnenwinds sein.

Der Sonnenwind besteht aus geladenen Teilchen, die als Plasma bezeichnet werden und ständig der Sonne entkommen. Es breitet sich nach außen durch den interplanetaren Raum aus und kollidiert mit allem, was sich ihm in den Weg stellt. Wenn der Sonnenwind mit dem Erdmagnetfeld kollidiert, entstehen die Polarlichter.

Obwohl der Sonnenwind ein grundlegendes Merkmal der Sonne ist, hat sich das Verständnis dafür, wie und wo er in der Nähe der Sonne erzeugt wird, als schwer zu fassen erwiesen und ist seit Jahrzehnten ein zentraler Forschungsschwerpunkt. Dank seiner überlegenen Instrumentierung ist uns Solar Orbiter nun einen wichtigen Schritt näher gekommen.

Dieses Bildmosaik zeigt eine Vielzahl winziger Materialstrahlen, die aus der äußeren Atmosphäre der Sonne austreten. Die Bilder stammen von der ESA/NASA-Raumsonde Solar Orbiter. Sie erscheinen in diesem Mosaik als dunkle Streifen auf der Sonnenoberfläche. Bei den Bildern handelt es sich um „Negative“, was bedeutet, dass die Jets zwar dunkel dargestellt werden, es sich aber um helle Blitze auf der Sonnenoberfläche handelt. Bildnachweis: ESA und NASA/Solar Orbiter/EUI-Team; Danksagung: Lakshmi Pradeep Chitta, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, CC BY-SA 3.0 IGO

Die Daten stammen vom Instrument Extreme Ultraviolet Imager (EUI) von Solar Orbiter. Bilder des Südpols der Sonne, die EUI am 30. März 2022 aufgenommen hat, zeigen eine Ansammlung schwacher, kurzlebiger Merkmale, die mit kleinen Plasmastrahlen in Zusammenhang stehen, die aus der Sonnenatmosphäre ausgestoßen werden.

„Wir konnten diese winzigen Jets nur aufgrund der beispiellos hochauflösenden Bilder mit hoher Kadenz entdecken, die von EUI erzeugt wurden“, sagt Lakshmi Pradeep Chitta vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Deutschland und Hauptautor der Arbeit, die diese Arbeit beschreibt . Die Bilder wurden insbesondere im extrem ultravioletten Kanal des hochauflösenden Bildgebers von EUI aufgenommen, der Millionen Grad heißes Sonnenplasma bei einer Wellenlänge von 17,4 Nanometern beobachtet.

Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, dass Analysen zeigen, dass diese Merkmale durch den Ausstoß von Plasma aus der Sonnenatmosphäre verursacht werden.

This movie was created from observations taken by the ESA/NASA Solar Orbiter spacecraft on March 30, 2022, between 04:30 and 04:55 UTCCoordinated Universal Time or Universal Time Coordinated (UTC) is the primary time standard by which the world regulates clocks and time. Prior to 1972, this time was called Greenwich Mean Time (GMT) and is also known as "Z time" or "Zulu Time."  It is, within about 1 second, mean solar time at 0° longitude." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> UTC und wurde bereits letztes Jahr veröffentlicht. Es zeigt ein „koronales Loch“ in der Nähe des Südpols der Sonne. Die anschließende Analyse ergab, dass während der Beobachtung viele winzige Jets freigesetzt wurden. Sie erscheinen als kleine helle Lichtblitze im Bild. Jeder von ihnen schleudert geladene Teilchen, sogenanntes Plasma, in den Weltraum. Der Kreis gibt als Maßstab die Größe der Erde an. Bildnachweis: ESA und NASA/Solar Orbiter/EUI-Team; Danksagung: Lakshmi Pradeep Chitta, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

Forscher wissen seit Jahrzehnten, dass ein erheblicher Teil des Sonnenwinds mit magnetischen Strukturen namens koronalen Löchern zusammenhängt – Regionen, in denen das Magnetfeld der Sonne nicht wieder in die Sonne zurückkehrt. Stattdessen reicht das Magnetfeld tief in das Sonnensystem hinein.

Plasma kann entlang dieser „offenen“ Magnetfeldlinien in das Sonnensystem fließen und den Sonnenwind erzeugen. Aber die Frage war: Wie kam das Plasma auf den Markt?

Die traditionelle Annahme war, dass sich die Korona aufgrund ihrer Hitze auf natürliche Weise ausdehnt und ein Teil davon entlang der Feldlinien entweicht. Diese neuen Ergebnisse untersuchen jedoch das koronale Loch, das sich am Südpol der Sonne befand, und die einzelnen Jets, die entdeckt wurden, stellen die Annahme in Frage, dass der Sonnenwind nur in einem stetigen, kontinuierlichen Strom erzeugt wird.

„Eines der Ergebnisse hier ist, dass diese Strömung größtenteils nicht wirklich gleichmäßig ist. Die Allgegenwärtigkeit der Jets lässt vermuten, dass der Sonnenwind aus koronalen Löchern als stark intermittierender Ausfluss entstanden sein könnte“, sagt Andrei Zhukov vom Königlichen Observatorium Belgiens , ein Mitarbeiter der Arbeit, der die Beobachtungskampagne Solar Orbiter leitete.

Die Solar Orbiter-Mission der ESA wird der Sonne bei ihrer größten Annäherung aus der Umlaufbahn des Merkur entgegenblicken. Bildnachweis: ESA/ATG medialab

Die mit jedem einzelnen Strahl verbundene Energie ist gering. Am oberen Ende der koronalen Phänomene stehen die Sonneneruptionen der X-Klasse und am unteren Ende die sogenannten Nanoflares. In einem X-Flare steckt eine Milliarde Mal mehr Energie als in einem Nanoflare. Die von Solar Orbiter entdeckten winzigen Jets sind sogar noch weniger energiereich, zeigen etwa tausendmal weniger Energie als ein Nanoflare und kanalisieren den größten Teil dieser Energie für den Ausstoß des Plasmas.

Die neuen Beobachtungen deuten darauf hin, dass sie allgegenwärtig sind, was darauf hindeutet, dass sie einen erheblichen Teil der Materie ausstoßen, die wir im Sonnenwind sehen. Und es könnte noch kleinere, häufigere Veranstaltungen geben, die noch mehr bieten.

„Ich denke, es ist ein bedeutender Schritt, etwas auf der Scheibe zu finden, das sicherlich zum Sonnenwind beiträgt“, sagt David Berghmans, Königliches Observatorium von Belgien und Hauptforscher für das EUI-Instrument.

Derzeit umkreist Solar Orbiter die Sonne noch in der Nähe ihres Äquators. Bei diesen Beobachtungen blickt EUI also in einem streifenden Winkel über den Südpol.

„Es ist schwieriger, einige Eigenschaften dieser winzigen Jets zu messen, wenn man sie von der Kante betrachtet, aber in ein paar Jahren werden wir sie aus einer anderen Perspektive sehen als alle anderen Teleskope oder Observatorien, sodass das zusammen sehr hilfreich sein dürfte“, sagt er Daniel Müller, ESA-Projektwissenschaftler für Solar Orbiter.

Denn im weiteren Verlauf der Mission wird die Umlaufbahn der Raumsonde allmählich in Richtung der Polarregionen geneigt. Gleichzeitig wird die Aktivität auf der Sonne im Laufe des Sonnenzyklus fortschreiten und die koronalen Löcher werden in vielen verschiedenen Breitengraden auftauchen, was eine einzigartige neue Perspektive bietet.

Alle Beteiligten werden gespannt sein, welche neuen Erkenntnisse sie sammeln können, denn diese Arbeit reicht über unser eigenes Sonnensystem hinaus.

Die Sonne ist der einzige Stern, dessen Atmosphäre wir so detailliert beobachten können, aber es ist wahrscheinlich, dass der gleiche Prozess auch bei anderen Sternen abläuft. Das macht diese Beobachtungen zur Entdeckung eines grundlegenden astrophysikalischen Prozesses.

Referenz: „Picoflare-Jets treiben den Sonnenwind an, der aus einem koronalen Loch auf der Sonne austritt“ von LP Chitta, AN Zhukov, D Berghmans, H Peter, S Parenti, S Mandal, R Aznar Cuadrado, U Schühle, L. Teriaca, F. Auchère, K. Barczynski, É. Buchlin, Harra L, Kraaikamp E, Long DM, Rodriguez L, Schwanitz C, Smith PJ, Verbeeck C und Seaton DB Seaton

Solar Orbiter ist eine Weltraummission der internationalen Zusammenarbeit zwischen ESA und NASA, die von der ESA durchgeführt wird.