// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Solar Orbiter hat verborgene Hochfrequenz-Wellen am Sonnenpol entdeckt
Unsichtbare Energieträger: In der polaren Korona der Sonne haben Forscher Tausende quer schwingende Magnetfeldstrukturen entdeckt. 38 Prozent der von Solar Orbiter erfassten Wellen besitzen Perioden unter 100 Sekunden, deutlich mehr als in Vergleichsdaten. Ihr geschätzter Energiestrom ist rund 2,6-mal so hoch wie in den Vergleichsdaten und könnte zur Beschleunigung des schnellen Sonnenwinds beitragen.
Peking (China). Der schnelle Sonnenwind nimmt seinen Ursprung vor allem in offenen Magnetfeldregionen der Sonnenkorona. Wie das dortige Plasma genügend Energie zum Heizen und Beschleunigen erhält, ist jedoch bis heute nicht vollständig geklärt. Frühere Sondenmessungen hatten bereits gezeigt, dass Alfvén-Wellen einen Teil ihrer Energie an den schnellen Sonnenwind abgeben. Doch theoretische Modelle benötigen dafür auch einen bislang schwer nachweisbaren Anteil besonders schneller Schwingungen.
Forscher der Peking University (PKU) um Prof. Hui Tian haben nun untersucht, ob sich dieser verborgene Anteil in den polaren Koronafahnen nachweisen lässt. Diese Plumes sind helle, strahlenförmige Strukturen entlang offener Magnetfelder und können transversale Knickwellen führen, bei denen feine Magnetflussröhren seitlich schwingen. Solche Wellen gelten als Alfvén-artig und können Energie entlang des Magnetfelds durch die Korona transportieren.
Für ihre Analyse nutzten die Forscher 225 Aufnahmen des nördlichen polaren Koronalochs im extremen Ultraviolett vom 14. September 2021. Der Extreme Ultraviolet Imager von Solar Orbiter lieferte in 18 Minuten alle fünf Sekunden ein Bild, bei einer räumlichen Auflösung von rund 420 Kilometern. Entlang von 17 Messstreifen in Höhen zwischen acht und 41 Millionen Metern verfolgte eine automatische Auswertung die seitlichen Bewegungen einzelner Plume-Strukturen.
Zum direkten Vergleich wertete das Team gleichzeitig aufgenommene Daten des Instruments Atmospheric Imaging Assembly auf dem Solar Dynamics Observatory aus. Dieses arbeitete mit zwölf Sekunden Bildabstand und rund 1.090 Kilometern räumlicher Auflösung. Damit ließ sich prüfen, wie stark schnellere Bildfolgen und feinere Strukturen die erfasste Wellenpopulation verändern.
Die Differenz war deutlich: In den Solar-Orbiter-Daten identifizierte die Auswertung 2.318 Wellenereignisse, in den Vergleichsdaten nur 560. 57 Prozent der Solar-Orbiter-Wellen hatten Perioden unter 150 Sekunden und 38 Prozent sogar unter 100 Sekunden. Beim Vergleichsinstrument lagen diese Anteile nur bei 31 beziehungsweise neun Prozent.
„Die neuen Ergebnisse helfen, die Lücke zwischen Modellen mit hochfrequenten Wellen und früheren Beobachtungen vor allem längerperiodischer Wellen zu schließen“, sagt Dr. Yuhang Gao von der Peking University (PKU).
Die feinere Messung veränderte nicht nur die Zahl der erkannten Wellen. Die mittlere seitliche Auslenkung war mit rund 318 beziehungsweise 322 Kilometern in beiden Datensätzen fast gleich, die mittlere Geschwindigkeitsamplitude lag bei Solar Orbiter jedoch bei 15,4 statt 9,9 Kilometern pro Sekunde. Auch der Effektivwert der Geschwindigkeitsamplitude war mit 18,2 gegenüber 11,3 Kilometern pro Sekunde deutlich größer.
Unter denselben physikalischen Annahmen schätzen die Autoren den von den Wellen getragenen Energiestrom auf 30 bis 50 Watt pro Quadratmeter in den Solar-Orbiter-Daten und auf 11 bis 19 Watt pro Quadratmeter in den Vergleichsdaten. Die absoluten Werte sind wegen unsicherer Annahmen zu Dichte, Füllfaktor und Ausbreitungsgeschwindigkeit nur grobe Schätzungen. Der relative Unterschied bleibt nach Angaben der Studie jedoch robust: Der in den Solar-Orbiter-Daten abgeleitete Wert ist rund 2,6-mal so hoch.
Auch das Frequenzspektrum spricht für eine bislang übersehene Energiereserve. Unter etwa sieben Millihertz ähneln sich die Spektren beider Instrumente, oberhalb von zehn Millihertz zeigt Solar Orbiter dagegen deutlich mehr Leistung. In seinen Daten ist die integrierte Wellenleistung zwischen zehn und 30 Millihertz sogar mehr