Auslöser von Sonneneruptionen

Immer wieder kommt es auf unserer Sonne zu plötzlichen Strahlungsausbrüchen, wobei häufig große Mengen an hochenergetischen Teilchen ins Weltall hinausgeschleudert werden. Trifft ein solcher Sonnensturm auf die Erde, kann dies nicht nur Polarlichter auslösen, sondern auch gravierende Schäden an Satelliten, Kommunikationssystemen oder Stromnetzen verursachen. Um solche Ereignisse zukünftig besser vorherzusagen, müssen Wissenschaftler die Ursache der Eruptionen genau verstehen – doch bislang tappen sie im Dunkeln. Das könnte sich jetzt mithilfe von komplexen Computersimulationen ändern. Wie Forscher im Fachblatt „Nature Astronomy“ berichten, liegt den Ausbrüchen womöglich ein unerwartet einfacher Prozess zugrunde.

Das Magnetfeld der Sonne ist außerordentlich komplex: Es besitzt – ähnlich wie das Magnetfeld der Erde – einen Nord- und einen Südpol. Doch alle elf Jahre kehrt sich das Magnetfeld um, was sich im elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität widerspiegelt. Eine wichtige Rolle spielt dabei, dass die Sonne kein starrer Körper ist, sondern am Äquator schneller rotiert als an den Polen. Und auch im Inneren der Sonne ändert sich die Geschwindigkeit der Rotation. Dadurch wickelt sich das Magnetfeld auf und es bilden sich schlauchartige Bereiche mit starken Magnetfeldern. Durchdringen diese Schläuche die Sonnenoberfläche, verhindert das Magnetfeld dort das Aufsteigen heißer Materie – es bilden sich kühle Regionen, die Sonnenflecken.

Sonneneruptionen finden meist in Regionen mit mehreren Sonnenflecken statt. Denn offenbar ändert sich dort schlagartig das Magnetfeld, wodurch große Mengen an im Magnetfeld gespeicherter Energie freigesetzt werden. Doch bislang war unklar, warum sich das Magnetfeld überhaupt umordnet. „Die bisherigen Theorien gehen zumeist von sehr speziellen magnetischen Topologien aus“, schreiben Chaowei Jiang von der Polytechnischen Universität Harbin in China und seine Kollegen. „Doch solche Bedingungen existieren möglicherweise gar nicht in den Regionen, in denen es zu Ausbrüchen kommt.“ Um die Ursache der Sonneneruptionen genau zu analysieren, führten die Forscher nun hochpräzise dreidimensionale Simulationen des Magnetfelds und der Materieströmungen im Bereich von Sonnenflecken durch.

Die Simulationen ergaben, dass für das Umordnen des Magnetfelds und daraus folgenden Sonneneruptionen keine speziellen Bedingungen nötig sind: Es reicht allein die unterschiedliche Rotation der Sonnenmaterie, um eine Abfolge physikalischer Prozesse auszulösen und schließlich die magnetische Umordnung und damit eine Sonneneruption. Nun müssen die Ergebnisse der Simulationen durch eine genaue Beobachtung aktiver Regionen untermauert werden – mit dem Ziel einer besseren Vorhersage von Sonneneruptionen. Mit bloßen Augen lassen sich diese Strahlungsausbrüche unserer Sonne übrigens nicht beobachten: Selbst die stärksten Eruptionen machen im sichtbaren Licht nur einen verschwindenden Bruchteil der Sonnenstrahlung aus.