Heliosphärische Astroteilchenphysik

Sonne und Heliosphäre

Sonnenfleckenzyklus und solare Aktivität

Die Sonne ist das größte Objekt des gesamten Sonnensystems und umfaßt nahezu 98% der Gesamtmasse. Ihr Durchmesser entspricht dem von 109 Erden, und in ihrem Inneren würden über 1,3 Millionen Erden Platz finden. Die äußere sichtbare Schicht heißt Photosphäre und besitzt eine Temperatur von 6000 Grad C. Aber sie ist nicht frei von Makeln. Überall dort, wo Magnetlinien durch die Oberfläche stoßen, entstehen Sonnenflecken. Es sind Gebiete mit kühlerem Gas, die sich gegen die normale Photosphäre dunkel abheben. Die Korona ist der äußerste Teil der Sonnenatmosphäre, deren äußeren Regionen weit in das All hinein reichen. Dieser Bereich wird die Heliosphäre genannt.

Abbildung 1: Aufnahmen von der Sonne
Abbildung 1: Verschiedene Ansichten der Sonne [Orignalgröße]

Ein neues Bild der Sonne

Das Leben auf der Erde ist ohne die Sonne undenkbar. Sie spendet uns Licht, erwärmt den Boden, die Meere und die Atmosphäre, sie steuert Wetter und Klima. Sie liefert die Energie für das Pflanzenwachstum und damit für alles Leben.

Die auffälligste Erscheinung sind die Sonnenflecken (Abb. 1, 1. Reihe, links). Mittelgroße Sonnenflecken sind bereits so groß wie die Erde. Die Lebensdauer der Sonnenflecken reicht von wenigen Stunden bis zu einigen Monaten. Sonnenflecken erscheinen dunkler als die übrige Sonnenoberfläche, weil sie kühler als ihre Umgebung sind. Die Abkühlung wird durch ein starkes lokales Magnetfeld hervorgerufen (Abb. 1, 1. Reihe, mitte) und verrät, wo besonders intensive Magnetfelder und Gebiete erhöhter magnetischer Aktivität anzutreffen sind. Die Fleckenhäufigkeit schwankt mit einer etwa 11-jährigen Periode, dem Sonnenfleckenzyklus.

Abbildung 2: Entladungen magnetischer Feldenergie (Flares)
Abbildung 2: Entladungen magnetischer Feldenergie (Flares)

Über der für das bloße Auge sichtbaren Photosphäre (Abb. 1, 1. Reihe, links) liegen weitere Schichten der Sonnenatmosphäre. Die mittlere Schicht heißt wegen ihrer intensiven Färbung, die bei totalen Sonnenfinsternissen für wenige Sekunden sichtbar wird, Chromosphäre. Die äußerste Schicht der Sonnenatmosphäre, die Korona, liegt noch über der Chromosphäre und ist bei totalen Sonnenfinsternissen eindrucksvoll zu beobachten.
In der Chromosphäre beobachtet man mit speziellen Filtern eine überraschende Vielfalt an Strukturen und dynamischen Vorgängen, z.B. Protuberanzen und die spektakulären Entladungen magnetischer Feldenergie (Flares).

Abbildung 3: Polarlichter
Abbildung 3: Polarlichter fallen meist mit Zeiten von erhöhter Sonnenaktivität zusammen.

Nach gewaltigen Ausbrüchen, bei denen im Magnetfeld gespeicherte Energie freigesetzt wird, kann die Erde von einem Schauer geladener Elementarteilchen getroffen werden, die das Magnetfeld der Erde und Radioverbindungen stören und beim Eindringen in die Hochatmosphäre Polarlichter verursachen.

Die Heliosphäre

Abbildung 4: Schematische Darstellung der Heliospähre
Abbildung 4: Schematische Darstellung der Heliospähre

Als Heliosphäre wird die Umgebung der Sonne bezeichnet, die durch die expandierende Sonnenkorona ausgefüllt wird und uns von dem interstellaren Medium abschirmt. Die Grenzen der Heliosphäre sind noch nicht direkt gemessen worden, sie liegen aber noch außerhalb der Bahnen der äußeren Planeten. Informationen über die Heliosphäre erhält man aus Messungen von Raumsonden im Sonnensystem.