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Sonnenkorona: Das äußere Magnetfeld der Sonne zum ersten Mal in 3D kartiert
Die räumliche Struktur des Magnetfelds in der äußeren Sonnenatmosphäre war bislang nur unvollständig zugänglich. Eine neue Auswertung bereits vorhandener Beobachtungen ermöglicht nun erstmals großflächige Schätzungen aller drei Feldkomponenten in sichtbaren Koronaregionen. Die Methode macht bislang verborgene Strukturen erkennbar und könnte künftig Sonnenmodelle verbessern. Für verlässlichere Vorhersagen von Ausbrüchen reicht sie noch nicht aus.
Boulder (U.S.A.). Das Magnetfeld der Sonne beeinflusst, wie sich heißes Plasma in ihrer äußeren Atmosphäre bewegt und wann Energie für große Ausbrüche freigesetzt werden kann. Gerade in der Korona, dem Millionen Grad heißen Bereich über der sichtbaren Sonnenoberfläche, lässt sich dieses Feld jedoch nur schwer bestimmen. Seine räumliche Gestalt ist für das Verständnis des Weltraumwetters entscheidend.
Bisher liefern vor allem Magnetfeldmessungen an der Sonnenoberfläche die Grundlage für Modelle, die den Feldverlauf in die äußere Atmosphäre hochrechnen. Frühere Beobachtungen konnten bereits Stärke und Ausrichtung des Feldes quer zur Blickrichtung von Teleskopen abschätzen, doch die Komponente entlang der Sichtlinie blieb weitgehend verborgen. Dadurch war das räumliche Bild der Sonnenkorona nur unvollständig durch Beobachtungen abgesichert.
Forscher des National Solar Observatory (NSO) um Dr. Alin Razvan Paraschiv haben nun Beobachtungen des Mauna Loa Solar Observatory (MLSO) auf Hawaii neu ausgewertet. Die Daten stammen von zwei Generationen eines speziellen Korona-Polarimeters, dem CoMP vom 14. Oktober 2016 und dem verbesserten UCoMP vom 1. Juni 2022. Beide Instrumente erfassen Licht aus der dünnen Sonnenatmosphäre außerhalb der sichtbaren Sonnenscheibe.
Dazu verknüpfte das Team zwei verschiedene Informationen aus den Beobachtungsdaten. Die Polarisation bestimmter infraroter Eisenlinien liefert Hinweise auf die räumliche Ausrichtung des Magnetfelds, während Wellenbewegungen im Plasma Rückschlüsse auf seine Stärke quer zur Blickrichtung erlauben. Ein rechnerisches Verfahren namens IQUD-Inversion kombiniert beide Angaben und erschließt daraus auch die dritte Feldkomponente entlang der Sichtlinie. Die dafür sonst besonders schwer zu messende zirkulare Polarisation des Lichts wird bei diesem Verfahren nicht benötigt.
„Durch die Anwendung eines neuartigen Verfahrens auf Beobachtungen des Mauna-Loa-Sonnenobservatoriums konnten wir erstmals die Stärke und die dreidimensionale Richtung des koronalen Magnetfelds in den Regionen bestimmen, für die Beobachtungen dieses Observatoriums vorliegen. Diese Ergebnisse helfen, ein wesentliches Hindernis bei der Messung des koronalen Magnetfelds zu überwinden, das seit Jahrzehnten besteht“, erklärt Daniela Adriana Lacatus vom NSF National Center for Atmospheric Research (NSF NCAR).
Die rekonstruierten Karten zeigen, dass das Magnetfeld in manchen Koronaregionen deutlich aus der Bildebene herausweist. Besonders über aktiven Gebieten traten komplexe, teilweise verdrehte Feldstrukturen und ausgeprägte Komponenten entlang der Sichtlinie hervor. Diese zusätzliche Information fehlte bisherigen großflächigen zweidimensionalen Magnetfeldkarten weitgehend.
Die Aufnahmen des verbesserten Instruments UCoMP lieferten dabei verwertbare Ergebnisse in größerer Höhe als die älteren CoMP-Daten. Über aktiven Regionen ließ sich das Magnetfeld in den ausgewerteten Bildern stellenweise bis auf eine Entfernung von etwa 1,45 Sonnenradien vom Sonnenzentrum erschließen. Wie weit solche Auswertungen reichen, hängt allerdings von der Signalstärke und den örtlichen Bedingungen in der Korona ab.
„Auch wenn der theoretische Ansatz dieses Ergebnis erwarten ließ, fanden wir es faszinierend, mithilfe von Beobachtungen ausgeprägte Magnetfeldstrukturen entlang der Sichtlinie rekonstruieren zu können, ohne über die wichtigste dafür nötige einschränkende Messung zu verfügen“, erklärt Dr. Alin Razvan Paraschiv.
Die neuen Karten sind allerdings keine eindeutige Vermessung jedes Magnetf