Mini-Dynamos heizen Sonnenatmosphäre

Magnetische Mini-Dynamos unmittelbar unter der Oberfläche heizen möglicherweise die Sonnenatmosphäre auf. Zu diesem Schluss kommt ein Forscher-Trio aus Frankreich. Die Computersimulationen des Teams zeigen einen mangrovenartigen Dschungel aus Magnetfeldern an der Sonnenoberfläche, der bei kleinen Eruptionen Energie an die untere Atmosphäre der Sonne abgibt. Die Mini-Dynamos können auch eine Reihe weiterer Phänomene wie Spikulen und Tornados auf der Sonnenoberfläche erklären, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Atmosphäre der Sonne

„Viele theoretische Untersuchungen haben bereits versucht, das Problem der Aufheizung der Sonnenatmosphäre zu lösen“, schreiben Tahar Amari von der Ecole Polytechnique in Palaiseau und seine Kollegen. Nach einem Minimum unmittelbar über der Oberfläche steigt die Temperatur in der Chromsphäre wieder an, um in der Korona sogar Werte von über einer Million Grad zu erreichen. Entscheidend für die Aufheizung sind offenbar zwei Prozesse: Die Rekonnektion, also die spontane Umordnung des Magnetfelds, sowie die Energieabgabe durch Wellen im magnetisierten Plasma. „Ein konsistentes Modell gibt es bislang jedoch nicht und so dauert die Debatte an“, so Amari und seine Kollegen.

Mit einem neuen magnetohydrodynamischen Modell gelingt es den drei Forschern nun erstmals, die komplexe Wechselwirkung zwischen dem heißen Plasma und dem Magnetfeld von der brodelnden Konvektionszone unterhalb der Sonnenoberfläche bis in die Atmosphäre hinein zu simulieren. „Wir folgen der Entwicklung dieses gekoppelten Systems lange genug, um viele Zyklen der Entstehung und Auflösung von Granulen zu erfassen“, sagt das Forscher-Trio. Granulen sind aus dem Inneren der Sonne aufsteigende Zellen aus heißem Material mit einer Lebensdauer von etwa acht Minuten. Diese Zellen erzeugen, so zeigen die Simulationen, Mini-Dynamos, die ausreichend Energie an die Chromosphäre abführen – etwa 4500 Watt pro Quadratmeter – um deren Aufheizung zu erklären.

Simulation des Sonnenmagnetfelds

Die Simulationen zeigen weiterhin die Bildung größerer magnetischer Strukturen, die bis in die Korona hineinreichen. In diesen vertikalen magnetischen Flussröhren können sich Plasmawellen bilden, die Energie in die Korona transportieren und dort für eine weitere Aufheizung sorgen. Wie die Wellen ihre Energie an das Plasma in der Korona abgeben, zeigen die Modelle von Amari und seinen Kollegen allerdings noch nicht. Um diesen Prozess zu klären, sind weitere Untersuchungen notwendig.