Die Solar-Orbiter-Mission der ESA hat eine neue Verbindung zwischen einem rätselhaften Merkmal des Sonnenwinds und Aktivitäten auf der Sonne selbst hergestellt. Die Raumsonde durchquerte einen großen magnetischen „Switchback“ —eine S-förmige Umkehr des Magnetfelds im Sonnenwind— und analysierte Partikel, deren Zusammensetzung auf heiße Magnetschleifen an der Sonnenoberfläche zurückweist.
Der Fund ist wichtig, weil Switchbacks Teil der sich verändernden magnetischen Umgebung der Sonne sind. Ein Verständnis ihrer Entstehung könnte das Bild der Wissenschaft darüber verbessern, wie Sonnenmaterial und Magnetfelder in den Weltraum freigesetzt werden. Diese Prozesse tragen zum Weltraumwetter bei und können gefährliche Sonnenstürme auslösen.
Eine nahe Probe einer magnetischen Verformung
Der Sonnenwind ist ein kontinuierlicher Strom heißen, elektrisch geladenen Plasmas von der Sonne. Er trägt Magnetfeldlinien durch das Sonnensystem nach außen. Diese Linien bleiben nicht glatt: Sie können sich biegen, falten, reißen und neu verbinden. Ein Switchback ist eine solche Verzerrung, bei der sich die Richtung des Magnetfelds kurzzeitig umkehrt.
Solar Orbiter hatte 2022 bereits aus der Ferne einen Switchback beobachtet und bestätigt, dass die Struktur S-förmig war —eine Geometrie, die Forschende vorhergesagt hatten. Bei der neueren Beobachtung durchquerte die Raumsonde einen besonders großen Switchback. Dadurch konnten die Instrumente das Plasma innerhalb der Struktur untersuchen, statt seine Zusammensetzung aus der Entfernung abzuleiten.
Zum Zeitpunkt der Begegnung befand sich Solar Orbiter ungefähr auf halber Strecke zwischen Erde und Sonne. Das Instrument Solar Wind Analyser maß die geladenen Partikel innerhalb der Struktur, darunter Sauerstoff- und Kohlenstoffionen. Laut ESA enthielt die Mischung Signaturen, die nur in heißen Magnetschleifen nahe der Sonnenoberfläche entstanden sein können.
Hinweise auf Austausch-Rekonnexion
Wissenschaftler diskutieren seit Längerem darüber, wie Switchbacks entstehen. Die Beobachtung unterstützt jedoch nicht in jedem Detail eine einfache Entweder-oder-Antwort. Die untersuchten Partikel liefern aber Hinweise auf einen als Austausch-Rekonnexion bekannten Prozess.
Dabei verbinden sich Magnetfeldlinien, die in geschlossenen Schleifen nahe der Sonne verankert sind, neu mit Feldlinien, die in den interplanetaren Raum hinausreichen. Diese Umordnung kann Plasma aus den heißen Schleifen entlang offener magnetischer Wege entweichen lassen. Dabei nimmt es eine Zusammensetzungssignatur seines Ursprungs mit. Die ESA bezeichnet die gemessene Ionenmischung als den „Smoking Gun“ für diesen Entstehungsmechanismus.
Das Ergebnis ist über eine einzelne gekrümmte Struktur im Sonnenwind hinaus bedeutsam. Es verbindet Strukturen in großer Entfernung von der Sonne mit magnetischer Aktivität an ihrer Oberfläche, an der sich die Felder ständig neu formen. Diese Beziehung hilft Forschenden, Modelle darüber zu prüfen, wie der Sonnenwind entsteht und warum er abrupte Magnetfeldumkehrungen enthalten kann.
Warum das magnetische Verhalten der Sonne wichtig ist
Das Magnetfeld der Sonne bestimmt einen großen Teil ihres nach außen gerichteten Verhaltens. Es beeinflusst die Sonnenatmosphäre, lenkt Plasmaströme und spielt eine zentrale Rolle bei Ausbrüchen, die energiereiche Partikel und magnetische Störungen durch den Weltraum schicken können. Erreicht die Sonnenaktivität die Erde, kann sie Satelliten, Funkkommunikation, Navigationsdienste und Stromnetze beeinträchtigen.
Switchbacks sind selbst keine Vorhersage für einen bestimmten Sonnensturm. Ihr Wert ist wissenschaftlicher Natur: Sie sind natürliche Sonden der magnetischen Prozesse, die den Sonnenwind formen. Indem Solar Orbiter eine dieser Strukturen mit Plasma aus heißen Oberflächenschleifen verknüpft, liefert die Mission Forschenden einen direkten Hinweis auf die Mechanismen nahe der Sonne.
Die Mission wurde entwickelt, um Nahmessungen des Sonnenwinds mit Beobachtungen der Sonne und ihrer magnetischen Umgebung zu verbinden. Ihre Flugbahn und Instrumentenausstattung ermöglichen es, lokale Partikeldaten mit größeren Strukturen in der Sonnenatmosphäre zu verknüpfen. Das neue Ergebnis zeigt den Wert dieses Ansatzes: Selbst eine Begegnung weit von der Sonnenoberfläche entfernt kann Hinweise auf die Bedingungen am Ursprung der Struktur bewahren.
Nächste Schritte in der Sonnenwindforschung
Die Beobachtung ergänzt die wachsenden Bemühungen, die Beschleunigung und Struktur des Sonnenwinds zu klären. Weitere Begegnungen und Messungen werden nötig sein, um festzustellen, wie häufig diese Partikelsignatur bei unterschiedlichen Switchback-Arten und Sonnenbedingungen vorkommt.
Bislang hat Solar Orbiter eine seltene In-situ-Probe aus dem Inneren eines großen Switchbacks und einen klaren Hinweis auf dessen Ursprung geliefert. Die Messung von Sauerstoff- und Kohlenstoffionen verbindet eine kurzlebige magnetische Verformung im Weltraum mit Rekonnexion in der äußeren Sonnenatmosphäre. Damit verbessert sich die Nachverfolgung der unruhigen magnetischen Architektur, die sich von unserem Stern durch das gesamte Sonnensystem erstreckt.
Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von esa.int. Originalartikel lesen.
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