Die 5 größten verbleibenden Geheimnisse unserer Sonne

Während wir uns an den langen Sommertagen der nördlichen Hemisphäre erfreuen, erkennen nur wenige, dass wir noch vieles über die Sonne nicht verstehen. Seit Milliarden von Jahren bietet unser Stern die Art von stetiger Energieabgabe, die nicht nur die Evolution des Lebens, wie wir es kennen, ermöglichte, sondern auch die Evolution der Zivilisation, wie wir sie kennen. Doch die Feinheiten der Astrophysik, die unseren täuschend einfachen gelben Zwergstern steuern, bleiben ein Rätsel.

Wir kennen die Grundlagen, wie die Energie der Sonne aus der Fusion von Wasserstoff zu Helium stammt, und dass die komplexe chemische Zusammensetzung der Sonne größtenteils von früheren Generationen von Sternen stammt, die ihre elementare Zusammensetzung gesät haben. Aber es gibt erhebliche Lücken in unserem Verständnis der inneren Mechanik und der chemischen Zusammensetzung der Sonne.

Um mehr darüber zu erfahren, was wir über die Physik der Sonne nicht wissen, habe ich mich an den Astronomen und Sonnenphysiker Jason Jackiewicz von der New Mexico State University in Las Cruces gewandt, um seine Sichtweise auf fünf der wichtigsten Sonnengeheimnisse unten zu erfahren.

—- Das Rätsel, warum die äußerste Atmosphäre (oder Korona) der Sonne so viel heißer ist als ihre Oberfläche.

Die Korona liegt über der Sonnenoberfläche, also über der Wärmequelle, ist aber 1000 Mal heißer, sagte mir Jackiewicz. Die Sonnenoberfläche liefert genug Energie, die von ihr wegfließt, um die Korona heiß zu halten, sagt er. Diese Art der Erwärmung würde jedoch erfordern, dass die Energie dort irgendwie deponiert wird.

Aber weil diese äußere Korona so schwach ist, können Jackiewicz und Kollegen nicht herausfinden, warum diese Energie nicht einfach in den Weltraum weitergegeben wird. Sonnenphysiker rätseln immer noch, wie die Korona an dieser Wärmemenge hängt.

—- Wie und wo die Sonne ihre Magnetfelder erzeugt

Magnetfelder werden an der Oberfläche (als Sonnenflecken) und in der Sonnenatmosphäre (als koronale Schleifen) beobachtet, aber sie werden wahrscheinlich im Inneren erzeugt, sagt Jackiewicz. Solche Prozesse erfordern Plasma (geladenes Gas) und Bewegung (wahrscheinlich Rotation), sagt er.

Viele Forscher glauben, dass dies am stärksten bei etwa 70 Prozent des Sonnenradius auftritt, wo die Felder “aufgewickelt” und verstärkt werden könnten, sagt Jackiewicz. Und da Magnetfelder Auftrieb haben, steigen sie dann an die Oberfläche und tauchen als Sonnenflecken auf, sagt er.

Aber weil die Sonne ein gasförmiger Körper ist, dreht sie sich nicht mit der gleichen festen Geschwindigkeit wie ein terrestrischer Massenkörper. Beispielsweise drehen sich seine Pole an der Oberfläche langsamer als sein Äquator.

Der Äquator dreht sich einmal in etwa 25 Tagen und die Polarregionen in etwa 30 bis 32 Tagen, sagt Jackiewicz. Auf der Erde passiert das sicher nicht, sonst würde sich der Planet in Stücke scheren, merkt er an.

Verschiedene Schichten unter der Sonne rotieren auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.

Wenn Sie also etwa 50.000 km von der Oberfläche in die Sonne gehen, befinden Sie sich in einer Region, die sich schneller dreht als die Oberfläche, sagt Jackiewicz. Wenn man dann noch ein bisschen tiefer geht, verlangsamt es sich wieder, sagt er.

In einer Tiefe von etwa 200 Millionen km stellen wir fest, dass sich die Sonne als fester Körper dreht, eher wie die Erde, sagt Jackiewicz, und wir wissen all dies aus der Untersuchung von Sonnenbeben, die das Innere durchdringen.

—- Was setzt und reguliert die 11-jährigen Sonnenzyklen unserer Sonne?

Sonnenflecken und Magnetismus im Allgemeinen nehmen in der Sonne über 11 Jahre zu und ab, sagt Jackiewicz.

Sonnenflecken manifestieren sich aufgrund starker Magnetfelder, die durch die Sonnenoberfläche austreten, als dunklere Bereiche auf der Sonnenoberfläche. Dies verursacht eine leichte Bereichskühlung, die wie dunkle Flecken aussieht, wenn sie der umgebenden sehr hellen Photosphäre (oder Oberfläche) der Sonne gegenübergestellt werden.

Zu Beginn des Sonnenzyklus befinden sich Sonnenflecken in der Regel in mittleren Breiten, etwa plus oder minus 30 Grad Breite in jeder Hemisphäre, sagt Jackiewicz. Im weiteren Verlauf des Zyklus tauchen sie näher und näher am Äquator auf, sagt er. Wenn der nächste Zyklus beginnt, tauchen sie dann wieder in den mittleren Breiten auf, obwohl sich die Polarität im Vergleich zum vorherigen Zyklus in der nördlichen und südlichen Hemisphäre umgekehrt hat, sagt Jackiewicz.

Wie für den 11-Jahres-Zyklus?

Oberflächenmerkmale auf der Sonne kommen und gehen jeden Tag oder so, sagt Jackiewicz; das ist eine seltsame Zeitskala.

—- Was erzeugt die Supereruptionen und Superflares der Sonne?

Sie sind mit Magnetfeldern verbunden, die entstehen, wenn magnetische Energie durch Verdrehen und Strecken der Felder freigesetzt werden muss, sagt Jackiewicz. Der Hauptunterschied zwischen Fackeln und koronalen Massenauswürfen (CMEs) besteht darin, dass Fackeln hauptsächlich Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlung aussenden, aber CMEs tatsächlich Masse von der Sonne abheben, sagt er.

Große Sonnenereignisse verursachen jährlich Schäden in Milliardenhöhe durch Stromausfälle, Kommunikationsunterbrechungen und Schäden an elektrischen Systemen, sagt Jackiewicz. Wenn wir zu einem stärker auf den Menschen ausgerichteten Weltraumforschungsprogramm mit Menschen auf dem Mond oder Mars zurückkehren, werden die Folgen eines solchen Weltraumwetters noch wichtiger, sagt er.

—- Das Geheimnis der chemischen Zusammensetzung der Sonne

Am Anfang gab es nur Wasserstoff und Helium, sagt Jackiewicz, während alle anderen Elemente des Periodensystems in den Kernen der Sterne synthetisiert wurden. Unsere Sonne entstand, als das Universum etwa zwei Drittel seines heutigen Alters hatte, und ist daher mit diesen anderen Elementen stärker angereichert als diese frühen Sterne, sagt er.

„Die Sonne ist der Referenzstern für all die Hunderte Milliarden anderer Sterne in unserer Galaxie und die Billionen und Aberbillionen von Sternen in anderen Galaxien“, sagte Jackiewicz.

Wir kennen alle Elemente, aus denen die Sonne besteht, aber wir kennen nicht ihre relative Häufigkeit, sagt Jackiewicz. Die chemische Zusammensetzung der Sonne sei also immer noch umstritten, sagt er. Es ist schwierig zu messen, selbst für unseren nächsten Stern, sagt Jackiewicz. Beobachtungen und Modelle müssen zusammenarbeiten, um konsistente Ergebnisse zu liefern, und das tun sie nicht immer, sagt er.

Was verwirrt Sie am meisten an der Sonne?

Man kann sagen, dass wir die Masse, das Alter, die Größe und die Gesamtstrahlungsstärke der Sonne ziemlich gut verstehen, sagt Jackiewicz. Wir wissen, wie es sich entwickelt hat und wie es sich Milliarden von Jahren in die Zukunft entwickeln wird, auf eine allgemeine Art und Weise, sagt er. Aber es sind die Dinge höherer Ordnung, die so rätselhaft sind; seine tiefe innere Struktur, Magnetfelder, Schwankungen des Sonnenzyklus und eruptive Ereignisse, sagt Jackiewicz.

Was seine eigene persönliche Suche nach dem Verständnis der Sonne angeht?

Ich will wissen, wie der Innenraum aussieht, sagt Jackiewicz. Wie Sonogramme, die einen Fötus in der Mutter zeigen, versuchen wir, Bilder vom Untergrund der Sonne zu machen, können aber nur einen Teil des Weges hinein untersuchen, sagt er.

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