In einer atemberaubenden Demonstration himmlischer Überbietung haben Wissenschaftler bisher ungesehene Plasma-Wirbel entdeckt, die über die Oberfläche der Sonne wirbeln. Denn offenbar war der riesige Feuerball nicht schon kompliziert genug.
Die Entdeckung, die Forschern des U.S. National Science Foundation National Solar Observatory (NSF NSO), des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Deutschland und des High Altitude Observatory (HAO) in den USA zu verdanken ist, nutzte das NSF Daniel K. Inouye Solar Telescope – das weltweit größte – um diese winzigen Wirbel zu erspähen. Das Teleskop, das auf Hawaii thront, lieferte Bilder, die detailliert genug waren, um Plasmabewegungen sichtbar zu machen, die zuvor unsichtbar waren, sehr zur Erleichterung von Sonnenphysikern, denen die Studienobjekte ausgingen.
„Um die Wirbel zu erkennen, mussten wir Strukturen auf der Sonnenoberfläche von etwa 20 Kilometern Größe auflösen“, sagte MPS-Wissenschaftler Michiel van Noort, Koautor der Studie. „Das ist, als würde man versuchen, eine Ein-Euro-Münze aus 180 Kilometern Entfernung zu erkennen, aber mit einem Teleskop statt eines münzbetriebenen Fernglases.“ Das Team nutzte eine Breitband-Bildkamera, die vom MPS bereitgestellt wurde, um diese Leistung zu vollbringen.
Diese Wirbel erscheinen entlang der Grenzen von Granulen – den kochenden, blasenartigen Oberflächenmerkmalen der Sonne, die zwischen 500 und 2.000 Kilometern Durchmesser haben. Heißes Plasma steigt auf, kühlt ab und sinkt wieder, wodurch ein Muster entsteht, das kochender Flüssigkeit ähnelt. Nun haben Wissenschaftler erstmals fransenartige Strukturen entlang der Granulengrenzen aufgelöst, die wirbelnde Bewegungen entwickeln, ähnlich wie brechende Meereswellen. Einige dieser Fransen sind nur etwas mehr als 20 Kilometer breit, was ungefähr der Größe einer Kleinstadt entspricht, aber auf der Sonne ist das mikroskopisch.
Die Forscher vermuten, dass es sich bei diesen Wirbeln um Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten handelt, ein Phänomen, das in der Fluiddynamik bekannt ist, wenn zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten strömen und Scherkräfte Wellen und Wirbel erzeugen. Dieser Prozess tritt auch auf der Erde in Seen, Wolken und sogar in den Atmosphären von Jupiter und Saturn auf, also schließt sich die Sonne nur der Party an. An Granulengrenzen bewegen sich benachbarte Plasmaschichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, was ideale Bedingungen für diese Instabilitäten bietet.
Aber warum sollten wir uns für winzige Sonnenwirbel interessieren? Weil sie erklären könnten, wie die Sonne magnetische Energie speichert und freisetzt, einschließlich durch Nanoflares. Aktuelle Theorien legen nahe, dass magnetische Energie sich aufbaut, wenn Feldlinien sich wie eine Spiralfeder verdrehen, und schließlich durch magnetische Rekonnexion freigesetzt wird. Die große Frage war, was diese Feldlinien überhaupt verdreht. Diese Wirbel, die kontinuierlich dort auftreten, wo das Magnetfeld stark ist, könnten die Übeltäter sein, die Feldlinien wie eine kosmische Nudelmaschine verdrehen.
Darüber hinaus sind die Mini-Wirbel äußerst effektiv darin, magnetisiertes und nicht-magnetisiertes Plasma zu mischen, was hilft, Magnetfelder von der Oberfläche in die Atmosphäre zu transportieren. Dies könnte den schnellen 11-jährigen Magnetzyklus der Sonne erklären, den aktuelle Modelle nur schwer berücksichtigen können. Die Wirbel könnten das fehlende Puzzlestück sein, das zeigt, dass winzige Prozesse, an der Grenze unserer Auflösung, die Natur unseres Sterns maßgeblich bestimmen.
„Die neu entdeckten Plasma-Wirbel zeigen eindrucksvoll, wie winzige Prozesse – an der Grenze dessen, was wir mit allen verfügbaren Techniken auflösen können – die Natur unseres Sterns maßgeblich bestimmen“, sagte Sami K. Solanki, MPS-Direktor und Koautor. Wenn Sie also das nächste Mal einen Strudel in Ihrer Badewanne sehen, denken Sie daran: Die Sonne hat sie auch, und sie tun viel mehr, als nur Ihr Badewasser zu verwirbeln.