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Große Veränderung unter der Sonnenoberfläche entdeckt
Verborgener Wandel: Sonnenflecken und Strahlung zeigen, wann unser Stern besonders aktiv ist. Doch Schwingungen aus dem Sonneninneren erzählen eine andere Geschichte: Über vier Aktivitätszyklen scheinen sich die mit dem Magnetfeld verbundenen Veränderungen auf immer dünnere Schichten unter der Oberfläche zu konzentrieren. Gerade der aktuelle Zyklus wirkt in diesen Messdaten stärker, als seine sichtbaren Merkmale vermuten lassen.
Birmingham (England). Ungefähr alle elf Jahre schwillt die magnetische Aktivität der Sonne an und klingt wieder ab. Dann verändern sich die Zahl der Sonnenflecken und die Häufigkeit von Eruptionen, die als Sonnenstürme Satelliten, Funkverbindungen und Stromnetze beeinträchtigen können.
Doch was an der Oberfläche sichtbar wird, bildet die Vorgänge in der Tiefe nicht vollständig ab. Dort breiten sich Schallwellen aus, deren Frequenzen von den physikalischen Bedingungen und der magnetischen Aktivität abhängen. Ihre Analyse, die Helioseismologie, erlaubt damit einen Blick in sonst unzugängliche Sonnenschichten.
Forscher der University of Birmingham um Prof. William J. Chaplin haben deshalb Daten des Birmingham Solar Oscillations Network (BiSON) ausgewertet. Sechs über die Erde verteilte Sonnenteleskope erfassen die Bewegungen der Sonnenoberfläche, aus denen sich die Schwingungen des Sterns bestimmen lassen. Das Team untersuchte Messungen von 1987 bis 2025 und verglich vier aufeinanderfolgende Sonnenzyklen.
Dazu teilten die Wissenschaftler die gemessenen Schwingungen in drei Frequenzbereiche ein, die unterschiedlich empfindlich auf Veränderungen in verschiedenen Tiefen reagieren. Sie verglichen deren Frequenzverschiebungen mit der Sonnenfleckenzahl und der Stärke der Radioemission bei 10,7 Zentimetern Wellenlänge. Beide Größen gelten als bewährte Kennzeichen der globalen Sonnenaktivität.
Wäre die Beziehung zwischen Oberflächenaktivität und Sonneninnerem unverändert geblieben, müssten die Schwingungen ähnlich auf steigende und sinkende Fleckenzahlen reagieren wie während des 22. Sonnenzyklus. Genau diese Beziehung hat sich jedoch verschoben. Das lässt sich in mehreren Frequenzbändern nachvollziehen, wenn auch auf unterschiedliche Weise.
„Die Sonne hat ihren eigenen aktiven Biorhythmus, der die magnetische Aktivität ansteigen und abfallen lässt und das Weltraumwetter prägt“, erklärt Prof. William J. Chaplin.
Besonders deutlich tritt die Abweichung beim 25. Sonnenzyklus hervor. Dessen Höchstwert der Sonnenfleckenzahl lag in den über ein Jahr gemittelten Messdaten um ungefähr 25 Prozent unter dem Maximum des 22. Zyklus. In den hochfrequenten Sonnenschwingungen erreichte Zyklus 25 dagegen eine vergleichbare Stärke wie die Zyklen 22 und 23.
Hinzu kommt: Die Empfindlichkeit dieser hochfrequenten Schwingungen gegenüber den üblichen Aktivitätsmaßen ist inzwischen deutlich höher als früher. Bei den mittleren Frequenzen hat sie über drei Zyklen hinweg dagegen abgenommen. Und bei den tiefer reichenden Schwingungen hält eine bereits um 2005 erkennbare Abweichung weiterhin an.
Aus diesem Zusammenspiel schließen die Forscher, dass die zyklusbedingten Strukturveränderungen heute stärker auf die obersten ungefähr 1.000 Kilometer unter der sichtbaren Sonnenoberfläche begrenzt sind. Das bedeutet nicht, dass Magnetfelder in größerer Tiefe verschwunden wären. Vielmehr reagieren die unterschiedlich tief reichenden Schallwellen so, als habe sich die räumliche Verteilung magnetisch bedingter Veränderungen verschoben.