Die US-Raumfahrtbehörde NASA und ihr europäisches Gegenstück ESA beobachten die Sonne sehr genau mit mehreren Satelliten, um bei einem intensiven Strahlungsausbruch (englisch: flare) gleich warnen und sofortige Vorsichtsmaßnahmen ergreifen zu können. So werden beispielsweise Satelliten abgeschaltet oder in einen sicheren Betriebsmodus heruntergefahren. Glücklicherweise verzögern sich die meisten Auswirkungen gegenüber dem optischen Ereignis auf der Sonne um ein bis zwei Stunden oder gar Tage auf dem Weg durch den interplanetaren Raum zur Erde.

Kurzschluss auf der Sonne

Solare Flares entstehen durch die plötzliche Freisetzung von Energie, die in verknäulten Magnetfeldbündeln auf der Sonne gespeichert ist. Verursacht werden sie durch eine Art von elektromagnetischem Kurzschluss (englisch: magnetic reconnection), bei dem sich Feldlinien neu verbinden. Die neue Verbindung ist kürzer und daher energetisch günstiger. Während des Ausbruchs wird Energie schlagartig freigesetzt, welche das Plasma lokal auf enorme Temperaturen aufheizt.

Außerdem werden dabei extrem energiereiche Elektronen (englisch: solar energetic electrons, SEEs) auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Bisher wurde angenommen, dass in den Flare-Plasmen Temperaturen von bis zu zehn Millionen Grad entstehen. Dies ist das Zehnfache der Temperatur des dünnen Gases in der Sonnenkorona, der äußeren Atmosphäre unseres Tagesgestirns. Solche Werte lassen sich kaum vorstellen, und dennoch muss dieser Wert erheblich nach oben korrigiert werden, wie ein Team um Alexander Russell von der University of St Andrews in der Fachzeitschrift »The Astrophysical Journal Letters« berichtet.

Für so hohe Temperaturen gibt es eigentlich keine geeignete Methode zur Analyse des Lichts (Spektroskopie). Unter diesen Extrembedingungen fehlen spezifische Emissionslinien der Atome. Koronale Linien vielfach ionisierter Metalle im extremen Ultraviolett (EUV) entstehen bevorzugt in Gas mit Temperaturen von einigen Millionen Grad, aber auch darüber hinaus. Die Autorengruppe untersuchte daher die Profile der Emissionslinien von Flares, die mit den EUV-Spektrografen der japanischen Raumsonde Hinode und mit IRIS von der NASA beobachtet wurden, direkt an den Ursprungsorten und genau zu Beginn der Ausbrüche.

Hitze hilft

Die Gruppe um Russell vermaß die Linienbreiten und analysierte das Verhältnis der Masse des jeweiligen Ions und der Stärke des Röntgenflusses. Es ist schon seit vier Jahrzehnten bekannt, dass diese Linien deutlich breiter sind, als es allein durch die thermische Dopplerverbreiterung aufgrund der Bewegung der Teilchen auf der Sonne zu erwarten wäre. Die meisten Forscher nahmen daher eine Art von lokaler Mikroturbulenz an. Doch dieser Idee mangelt es an einer guten physikalischen Grundlage.

Das Team stellte nun fest, dass sich die ermittelten Linienbreiten dennoch gut mit dem thermischen Dopplereffekt erklären lassen, sofern für die stärksten Flares Plasmatemperaturen von bis zu 60 Millionen Grad angenommen werden. Zudem geht man davon aus, dass Ionen und Elektronen zu Beginn des Flares noch nicht im thermischen Gleichgewicht sind. Das Plasma kann im ersten Moment der Energiefreisetzung daher noch heißer werden als bisher gedacht.

Dazu passt ein weiterer neuer Befund, der im September 2025 von der ESA veröffentlicht wurde: Die Arbeitsgruppe von Alexander Warmuth am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) untersuchte mit der europäischen Raumsonde Solar Orbiter extrem energiereiche Elektronen von der Sonne (siehe »Ein waches Auge auf solare Elektronen«). Da sich die Sonde deutlich näher an den Ausbruchsregionen befindet als die Erde, lassen sich die schnellen Teilchen besonders gut erfassen. Das Team konnte zeigen, dass SEEs von Flares in einem sehr kurzen Zeitintervall freigesetzt werden – ganz im Gegensatz zu denjenigen aus koronalen Massenauswürfen (englisch: coronal mass ejections, CME). Erst auf dem Weg zur Erde zieht sich das Feld der Flare-SEEs auseinander. SEEs von CMEs dagegen sind bereits von Anfang an zeitlich verteilt. Die Freisetzung von Energie bei einem Flare ist somit noch schneller und intensiver, als bisherige Analysen es vermuten ließen, was die nun diskutierten, deutlich höheren Plasmatemperaturen plausibel erscheinen lässt.