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Sonnenforschung: Schnelle Plasmaströmung löst langes Sonnenminimum aus

Die Sonne im Blick von Soho
Umfangreiche Analysen von Daten des Sonnensatelliten Soho zeigen erstmals den genauen Verlauf der Strömungen auf der Sonnenoberfläche, die vom Äquator hin zu den Polen verlaufen. Die unüblich hohe Geschwindigkeit während des letzten Elfjahreszyklus erklärt die außergewöhnliche Länge des gegenwärtigen Aktivitätsminimums und lässt einen ruhigen Zyklus Nummer 24 erwarten.

Die Sonne im Blick von Soho
David Hathaway vom Marshall Space Flight Center der Nasa in Huntsville hat mit Lisa Rightmire von der University of Memphis den 23. Sonnenzyklus untersucht, der vom Mai 1996 bis zum Juni 2009 andauerte. Die Beobachtungen des Michelson Doppler Imager an Bord der Esa-Nasa-Sonde Soho (Solar and Heliospheric Observatory) unterteilten die Forscher dazu in achtstündige Intervalle. Per Computer ermittelten sie, wohin sich die etwa tausend Kilometer großen magnetischen Elemente jeweils bewegt hatten. Dabei mussten zunächst alle anderen Phänomene wie die viel schnellere differentielle Rotation unseres Heimatsterns oder die Sonnenflecken mit ihren höheren Feldstärken und den größeren Geschwindigkeiten sorgsam herausgerechnet werden.

Die Astronomen konnten auf diese Weise das charakteristische Strömungsmuster erstmals bis in Breiten von 75 Grad sichtbar machen. Dies deuten sie als Hinweis, dass die meridionale Zirkulation tatsächlich bis in die Polregionen reicht. Demnach sind die Flussgeschwindigkeiten von 2004 bis zum derzeitigen Aktivitätsminimum deutlich höher als beim vorigen Zyklusende 1996/97 und den beiden davor. Dieser Befund deckt sich mit den Vorhersagen einer bestimmten Klasse von theoretischen Ansätzen, den so genannten Surface Flux Transport Models. In diesen führt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zu schwächeren Feldern an den Polen und damit zu einer längeren Dauer des Aktivitätsminimums.

Solare Polsprünge | Schon im Abstand von acht Stunden (oben links zu oben rechts) zeigt sich bei Computeranalysen, dass sich die magnetischen Zellen (Rechteck) vom Äquator der Sonne (Mittellinie) zum Pol hin bewegen. Aufgetragen über drei 11-Jahres-Zyklen ergibt sich das bekannte "Schmetterlingsdiagramm" (unten). Die neue Studie macht auch die meridionale Strömung sichtbar, die das Magnetfeld zu hohen Breiten transportiert und dort zu einem Umpolen führt (gelb: Feldlinien zeigen aus der Sonne heraus; blau: hinein).
Trotz der geringen Geschwindigkeit von nur 10 bis 20 Meter pro Sekunde spielt die meridionale Zirkulation eine Schlüsselrolle im Sonnenzyklus: Die von ihr zu den Polen transportierten magnetischen Zellen auf der Oberfläche führen nicht nur zu der Umkehr des Magnetfelds an den Polen, die Geschwindigkeit des Flusses bestimmt zudem die Dauer des Prozesses und die generelle Sonnenaktivität im darauf folgenden Zyklus.

Das Verständnis für den Ablauf und die Auswirkungen der meridionalen Strömung ist dabei nicht nur für die Sonnenphysiker von Bedeutung, sondern ebenso für Klimaforscher. Denn der gesamte Strahlungshaushalt der Sonne – der wiederum von der Aktivität beeinflusst wird – ist einer der Faktoren, die in die Modelle eingehen, mit denen der Verlauf der globalen Erwärmung der Erde quantifiziert wird. (dre)

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  • Quellen
Hathaway, D.H., und Rightmire, L.: Variations in the Sun's Meridional Flow over a Solar Cycle. In: Science 327, S. 1350–1352, 2010.

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