Sonnenflecken: Drei Planeten steuern den Rhythmus der Sonne

Sonnenflecken: Drei Planeten steuern den Rhythmus der Sonne

  10 Jun 2019


Wissenschaft Sonnenflecken

Drei Planeten steuern den Rhythmus der Sonne

| Lesedauer: 3 Minuten

This is a photograph of Sunspot 898 as it rotates into view. The white spots are plage - intensely hot areas that glow white. This is a photograph of Sunspot 898 as it rotates into view. The white spots are plage - intensely hot areas that glow white.

An der Oberläche der Sonne gibt es Flecken und Eruptionen

Quelle: Getty Images

Die Aktivität der Sonne und die Zahl ihrer Flecken verändert sich mit einem erstaunlich präzisen Rhythmus von elf Jahren. Deutsche Forscher können erklären, wie es zu den periodischen Schwankungen kommt.

Die Oberfläche der Sonne hat Flecken. Sie strahlen weniger sichtbares Licht als ihre Umgebung ab und erscheinen daher dunkler. Physiker haben errechnet, dass Sonnenflecken 1000 bis 1600 Grad Celsius kälter sind als die übrige, rund 5500 Grad heiße Sonnenoberfläche (Photosphäre).

Die Zahl, Lage und Größe der Sonnenflecken ist nicht konstant. Die Fläche der Sonnenflecken insgesamt schwankt in einem elfjährigen Zyklus. Beobachtungen zeigen, dass sie maximal 0,4 Prozent der Sonnenoberfläche ausmachen. Das andere Extrem ist eine fleckenfreie Sonne.

Die Sonnenflecken, so viel ist klar, werden durch starke Magnetfelder verursacht, die gebietsweise den Wärmetransport aus dem Inneren der Sonne an ihre Oberfläche behindern. Doch warum es einen Sonnenfleckenzyklus von durchschnittlich elf Jahren gibt, ließ sich bislang nicht erklären. Es ist eine der großen offenen Forschungsfragen der Sonnenphysik. Zwar gibt es durchaus einige Modelle zur Entstehung von Sonnenflecken, doch den sehr regelmäßigen Zyklus können sie nicht erklären.

Nasa will erstmals die Sonne berühren

Im Sommer 2018 beginnt das Projekt „Solar Probe Plus“. Sieben Jahre später wird die Sonde an ihrem Ziel ankommen. Sie wird die erste in der Geschichte der Menschheit sein, die direkt in die Atmosphäre der Sonne fliegt.

Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben jetzt Fachzeitschrift „Solar Physics“ Indizien dafür präsentiert, dass die Gezeitenwirkung der Planeten Venus, Erde und Jupiter das Magnetfeld der Sonne beeinflusst und so für den Sonnenfleckenzyklus verantwortlich ist. Die Planeten fungieren gleichsam eine äußere Uhr, die der Sonne einen Rhythmus aufzwingt.

Die HZDR-Forscher hatten historische Daten zur Aktivität der Sonne ausgewertet und systematisch mit den jeweiligen Planetenkonstellationen in Bezug gesetzt. Dabei stießen sie auf einen klaren statistischen Zusammenhang. „Die Übereinstimmung ist erstaunlich genau“, sagt Frank Stefani, der Erstautor der Studie, „wir sehen eine völlige Parallelität mit den Planeten über 90 Sonnenzyklen hinweg. Alles deutet auf einen getakteten Prozess hin.“

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So wie der Mond durch seine Anziehungskraft die Gezeiten der irdischen Meere verursacht, so können offenbar auch Planeten mit ihrer Gravitation das heiße Plasma auf der Sonnenoberfläche verschieben. Dieser Effekt ist am stärksten, wenn Venus, Erde und Jupiter in einer Linie stehen. Und diese Konstellation wiederholt sich alle 11,07 Jahre.

„Als ich das erste Mal von Ideen las, die den Sonnendynamo mit Planeten in Verbindung bringen, war ich äußerst skeptisch“, berichtet Stefani. Denn der Gravitationseffekt durch die drei Planeten sollte insgesamt immer noch so klein sein, dass er die Strömungen im Sonneninneren nicht maßgeblich stören sollte.

Doch die Dresdner Wissenschaftler hatten die Idee, dass es einen indirekten Mechanismus geben könnte, über den die Gezeitenkräfte das Sonnen-Magnetfeld beeinflussen. Sie zogen dafür die sogenannte Rayleigh-Taylor-Instabilität in Betracht.

Das ist ein physikalischer Effekt, der ab einem gewissen Materiestrom das Verhalten einer leitfähigen Flüssigkeit oder eines Plasmas drastisch verändern kann. Die Forscher um Stefani haben diesen Effekt in der Sonnenphotosphäre per Computermodell simuliert.

„Das Ergebnis war phänomenal“, sagt Stefani, „die Schwingung wurde richtig angefacht und mit dem Takt der äußeren Störung synchronisiert.“ Dies sei ein realistisches Szenario für die von den Planeten im Elf-Jahres-Rhythmus gesteuerte Sonnenaktivität. Selbst sehr kleine äußere Kräfte können offenbar zu großen Wirkungen führen.

Giant Sunspots

Phase mit relativ wenigen Sonnenflecken

Quelle: Getty Images/500px

„Das Schöne an unserem neuen Modell ist: Wir können jetzt ganz zwanglos Effekte erklären, die bisher nur schwierig zu modellieren waren, beispielsweise auch Doppel-Maxima in der Aktivitätskurve der Sonne.“ So gab es beispielsweise Mitte 1989 ein Aktivitätsmaximum und bereits im Frühjahr 1991 ein weiteres.

Die Arbeiten der Dresdner Forscher könnten insbesondere dazu beitragen, bessere Modelle vom Sonnendynamo und den veränderlichen Magnetfeldern der Sonne zu entwickeln. Das würde möglicherweise helfen, klimarelevante Prozesse, wie das von der Sonnenaktivität geprägte Weltraumwetter, besser vorherzusagen.



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