// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Gefaltete Plasmaschichten können die scheinbare Drehung der Sonnenjets erklären
Am Sonnenrand steigen unzählige schmale Plasmastrahlen auf, die sich scheinbar drehen, teilen und wieder vereinen. Dreidimensionale Simulationen legen nahe, dass manche dieser Spikulen keine einzelnen Röhren sind, sondern Falten zusammenhängender Plasmaschichten. Ihr Anblick entsteht demnach aus dem Blickwinkel und aus echten Wirbeln, die das Sonnenplasma mitreißen.
Sheffield (England). Am Rand der Sonne bilden Spikulen einen Wald aus leuchtenden, schmalen Strahlen. Die aus heißem, elektrisch geladenem Gas bestehenden Gebilde reichen von der Chromosphäre, einer Schicht oberhalb der sichtbaren Sonnenoberfläche, bis weit in die höhere Atmosphäre. Sie steigen auf, fallen zurück und scheinen dabei manchmal wie kleine Wirbelstürme um ihre eigene Achse zu rotieren.
Was sich hinter diesen Bewegungen verbirgt, lässt sich aus Teleskopbildern nur schwer ablesen. Denn die Aufnahmen zeigen die räumlich komplexe Sonnenatmosphäre meist als zweidimensionale Projektion. Überlagern sich mehrere Plasmastrukturen entlang der Blickrichtung, können dadurch getrennte Strahlen oder Drehbewegungen sichtbar werden, die in dieser Form gar nicht existieren.
Forscher des Indian Institute of Astrophysics (IIA) um Dr. Piyali Chatterjee haben diesen möglichen Perspektiveffekt mit einer dreidimensionalen Simulation untersucht. Das Modell umfasst einen 6.000 mal 9.000 mal 37.000 Kilometer großen Ausschnitt von unterhalb der sichtbaren Sonnenoberfläche bis in die untere Korona. Es berücksichtigt Strömungen, Magnetfelder und die Strahlung des heißen Plasmas.
Im berechneten Plasma entstehen keine einfachen, voneinander getrennten Röhren. Stattdessen ziehen sich vielfach gefaltete, unterschiedlich dichte Schichten durch die simulierte Sonnenatmosphäre, die sich auf- und abwärts bewegen. Erst wenn das Team ihre Strahlung entlang einer Blickrichtung zusammenfasst, werden die Falten zu einzelnen hellen Spikulen.
Je nachdem, wie sich die Plasmaschichten verschieben und überlagern, scheinen diese Strahlen auseinanderzugehen, zusammenzuwachsen oder sich zu drehen. Die künstlich erzeugten Spikulen bestehen im Modell fünf bis zehn Minuten, zeigen Aufwärtsgeschwindigkeiten von 20 bis 70 Kilometern pro Sekunde und erreichen Höhen zwischen 6.000 und 16.000 Kilometern. Damit liegen ihre Eigenschaften in Größenordnungen, die auch von der Sonne bekannt sind.
Vergleichsaufnahmen der Weltraumteleskope Hinode und IRIS enthalten ähnliche Dreh- und Querbewegungen. Sie bestätigen damit die Ähnlichkeit der Bewegungsmuster, nicht aber die vermutete dreidimensionale Form der Plasmaschichten.
Bei der scheinbaren Drehung bleibt es jedoch nicht. Die Simulation zeigt außerdem echte rotierende Plasmasäulen, die mehrere hundert Kilometer breit sein können und teils bis in die Korona reichen. Das Team bezeichnet sie als koronale Wirbelleitungen, auf Englisch Coronal Swirling Conduits (CoSCos).
Manche dieser Wirbel entstehen durch die Spannung der Magnetfeldlinien, andere an den Rändern der dichten Spikulen. Dort erzeugen versetzte Druck- und Dichtegradienten eine Wirbelbewegung, die auf das aufsteigende oder zurückfallende Plasma übergreifen kann. Die simulierten Plasmasäulen rotieren mit zwei bis 20 Kilometern pro Sekunde und bestehen typischerweise nur 20 bis 120 Sekunden.
„Solche Drehbewegungen gibt es überall im Universum, vom abfließenden Wasser aus dem häuslichen Wasserhahn mit Größen von Zentimetern über Tornados auf der Erde und der Sonne sowie Sonnenjets bis hin zu Spiralgalaxien mit Ausdehnungen von bis zu 520.000 Lichtjahren. Unsere Arbeit liefert erstmals theoretische Hinweise darauf, wie diese allgegenwärtigen Wirbel in der Sonnenatmosphäre zahlreiche magnetische Plasmawellen erzeugen könnten, die Energie aus den unteren Schichten der Sonnenatmosphäre in die untere Korona transportieren“, erklärt Prof. Robertus Erdélyi von der University of Sheffield.