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News: Solarer Purzelbaum

Alle elf Jahre wechselt unsere Sonne ihre magnetische Polarität: Nordpol wird zu Südpol und umgekehrt. Warum sie das tut, ist noch weitgehend ungeklärt. Doch meinen Wissenschaftler nun, es könne irgendwie mit jenen riesigen Bögen aus heißen Gasen zusammenhängen, die sich von den Polregionen zum Sonnenäquator spannen.
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Wie die Erde besitzt auch die Sonne ein Magnetfeld und magnetische Pole. Anders als unser Heimatplanet, dessen Feld über die Zeit gesehen relativ stabil ist, zeigt sich die Sonne jedoch recht wankelmütig: Etwa alle elf Jahre tauschen nämlich Nord- und Südpol ihren Platz – gerade zu einem Zeitpunkt, zu dem uns das Zentralgestirn ein wahres Feuerwerk präsentiert. Denn während dieses Maximums solarer Aktivität tauchen unzählige dunkle Sonnenflecken auf ihrer Oberfläche auf, die wie die Sonneneruptionen und Explosionen – die Flares – von den angestauten magnetischen Feldern zeugen, die durch die Oberfläche brechen.

Nach dem Höhepunkt der Aktivität reduziert sich die Zahl der Sonnenflecken allmählich, bis sie rund fünf Jahre später gänzlich verschwunden sind. Anschließend an diese Phase des solaren Minimums tauchen die dunklen Stellen auf der Oberfläche langsam wieder auf, bis etwa elf Jahre nach dem letzten Maximum die Aktivität wieder in einem Höhepunkt gipfelt. Das letzte solare Maximum ereignete sich Mitte 2000 beziehungsweise um den letzten Jahreswechsel – genauer lässt sich der Zeitpunkt nicht bestimmen, da das Maximum wie einige Male zuvor eine Art Doppelspitze durchlaufen hat. Jedenfalls heißt das, dass die Sonnenaktivität gegenwärtig wieder einem Minimum zustrebt, das voraussichtlich 2006 erreicht sein wird.

Doch warum dieser Rhythmus? Was bewirkt die Polumkehr? Diese Fragen können auch Wissenschaftler nur in Ansätzen beantworten. Dabei ist das Phänomen längst nicht nur von wissenschaftlichem Interesse. Denn eine zuverlässige Vorhersage von Sonneneruptionen wäre durchaus auch von handfester wirtschaftlicher Bedeutung, da sich während eines solches Ausbruchs wahre Teilchenschauer gen Erde ergießen, die dort letztlich die Kommunikationsnetze stören und sogar zerstören können. Grund genug also, die Sonne genau im Auge zu behalten und mit Sonden ihr Aufbegehren eingehend zu untersuchen.

Solche Beobachtungsdaten, zum einen von der japanischen Sonde Yohkoh ("Sonnenstrahl"), zum anderen vom Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) der NASA, werteten Elena Benevolenskaya von der Stanford University und ihre Kollegen aus, um sich ein klareres Bild von der magnetischen Aktivität der Sonne zu machen. Dabei umfassten die Daten der Satelliten die letzte abnehmende Phase des vorherigen Sonnenzyklus 22 bis zum Maximum der Aktivität des gegenwärtigen Zyklus Nummer 23.

Tatsächlich fanden Benevolenskaya und ihr Team eine Auffälligkeit: So spannen sich zuweilen bis zu 800 000 Kilometer weite Bögen extrem heißen, elektrisierten Gases von den Polregionen bis hin in den äquatorialen Bereich der Sonne. Wie ein solarer Regenbogen reichen sie hinaus bis in die äußere Sonnenatmosphäre – die Korona – und verbinden die magnetischen Pole jeweils mit einem Sonnenfleck der entgegengesetzten Polarität. Dazu, so nehmen die Forscher zumindest an, seien magnetische Felder notwendig, die wahrscheinlich stark genug wären, das solare Feld zu kippen.

Wenngleich damit längst noch nicht der Mechanismus geklärt ist, der die Polumkehr bewirkt, haben die Forscher doch einen Ansatzpunkt gefunden, seiner Natur auf die Schliche zu kommen. Da die Gasteilchen der weiten Brücken bis zu 1,9 Millionen Grad Celsius heiß sind, emittieren sie vor allem im Bereich der Röntgenwellenlängen. Was für das menschliche Auge unsichtbar ist, ließ sich mit den Instrumenten von Yohkoh aber beobachten. Ergänzende Aufnahmen im ultravioletten Spektralbereich und magnetische Daten von SOHO bestätigten die Existenz der koronalen Bögen.

Da ein Ende eines Bogens stets in einem Sonnenfleck im Bereich des Sonnenäquators mündet, ist in diesem Zusammenhang auch deren Verhalten für die Wissenschaftler äußert interessant. "Sonnenflecken tauchen nicht zufällig auf", erklärt Phillip Scherrer vom Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory in Palo Alto. "Sie konzentrieren sich oberhalb und unterhalb des Sonnenäquators." Außerdem hat fast jeder Fleck der nördlichen Hemisphäre ein Gegenstück in der südlichen. Und auch innerhalb einer Hemisphäre zeigen sich die Sonnenflecken selten allein, vielmehr ziehen sie in der Regel einen Partner entgegengesetzter magnetischer Polarität hinter sich her.

Die Bögen schwingen sich gerade zu dem Teil des Paares, der die entgegengesetzte Polarität zum Pol aufweist. "Sie überqueren dabei aber nie den Äquator", ergänzt Scherrer. "Wir vermuten, dass diese direkten magnetischen Verbindungen den Prozess der Polumkehr beschleunigen und die Startbedingungen für den nächsten Sonnenzyklus setzen."

Doch noch etwas zeigten die Satellitendaten von SOHO und Yohkoh: Das Entstehen und Vergehen der riesigen Bögen war nicht nur von dem elfjährigen Zyklus geprägt, sondern auch von einem kürzeren ein- bis anderthalbjährigen. Die koronalen Brücken bildeten sich nämlich nur zu bestimmten Zeiten besonders starker Sonnenflecken-Aktivität, die sich etwa alle 12 bis 18 Monate während der ansteigenden Phase wiederholen.

Auch dieser kurze Rhythmus hat wie der lange elfjährige seine Ursache tief im Innern der Sonne, wo rund 220 000 Kilometer unterhalb der Oberfläche der solare Dynamo das komplizierte Wechselspiel der magnetischen Felder generiert. Schon zwei Jahre zuvor hatten Wissenschaftler der Stanford University herausgefunden, dass dort zwei parallele Gasschichten in eben diesem Rhytmus beschleunigen und wieder abbremsen.

So reihen sich die neuen Erkenntnisse von Benevolenskaya und ihren Kollegen ein in eine lange Reihe von Beobachtungen, die jede für sich ein Puzzlestück zum Verständnis der Sonnenphysik liefern. Vielleicht gelingt es schon jetzt jemandem, diese Stücke zu einem vollständigen Bild zusammenzusetzen, vielleicht fehlen aber auch noch ein paar Teile. Yohkoh wird diese nicht mehr liefern können, der Satellit quittierte nach technischen Problemen im letzten Dezember seinen Dienst. Doch SOHO setzt seine Messungen an der Sonne unbeirrt fort und liefert den Wissenschaftlern weiterhin wertvolle Daten über unser wichtigstes Gestirn.

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