Grösstes Sonnenteleskop liefert spektakuläre Bilder

Das grösste Sonnenteleskop und aufwendigste Computersimulationen zeigen die bislang schärfsten Bilder der Sonnenoberfläche. Phänomene kommen zum Vorschein, die zuvor nur theoretisch vorhergesagt waren.

Auf der Oberfläche der Sonne brodelt es kräftig: heisses Gas steigt aus dem Sonneninneren auf, kühles sinkt wieder hinab. Das Inouye Solar Telescope auf dem Gipfel des HaleakalÄ auf der Hawaii-Insel Maui hat jetzt die bislang detailreichsten Aufnahmen von der Sonnenoberfläche geliefert.

Die Aufnahmen sowie hochaufwändige Computersimulationen zeigen erstmals band- und wirbelartige Strukturen, die durch ein flüssigkeitsdynamisches Phänomen entstehen. Diese sogenannte Kelvin-Helmholtz-Instabilität könnte unter anderem für die extreme Aufheizung der Sonnenkorona verantwortlich sein, schreibt ein Forschungsteam aus den USA, Deutschland und Südkorea im Fachblatt „Nature“.

Teil der Lösung eines langjährigen Rätsels

„Die Kelvin-Helmholtz-Instabilität ist wahrscheinlich ein Mechanismus, der zur Aufheizung der äusseren Atmosphäre der Sonne beiträgt“, erklärt Thomas Rimmele vom National Solar Observatory der USA. „Damit ist sie Teil der Lösung des langjährigen Rätsels, warum Sterne eine Million Grad Kelvin heisse Korona haben.“

Unsere Sonne erzeugt ihre Energie durch die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium – aber nur tief in ihrem Innern bei einer Temperatur von 15 Millionen Grad. Um durch das dichte Gas bis an die nur noch 6000 Grad heisse Oberfläche zu gelangen, benötigt die Energie mehrere hunderttausend Jahre.

Im äusseren Bereich geschieht dieser Energietransport ähnlich wie in einem Kochtopf: heisses Gas steigt an die Oberfläche, kühlt dort ab und sinkt wieder hinab. Dieses Brodeln ist an der Oberfläche der Sonne in Form von etwa tausend Kilometer grossen Granulen sichtbar.

Feine Strukturen tauchen auf

Die Bilder des Inouye-Teleskops, das mit seinem vier Meter grossen Hauptspiegel das leistungsfähigste Sonnenteleskop der Welt ist, zeigen aber noch viel mehr Einzelheiten mit Grössen bis hinab zu 20 Kilometern. Und dabei stiessen die Forscher jetzt auf neuartige, nie zuvor gesehene Strukturen: extrem dünne Streifen sowie kleine Wirbel.

Serien aufeinanderfolgender Bilder zeigen sogar, wie sich diese Strukturen bewegen. „Die Serienaufnahmen zeigen eine weitaus komplexere und dynamischere Sonnenoberfläche als je zuvor beobachtet“, so die Forscher. Für die Aufnahmen nutzten die Forschenden eine Breitband-Kamera des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in der deutschen Stadt Göttingen.

Aufwendige Computersimulationen

Rimmele und seine Kollegen deuten die erstmals beobachteten Strukturen als Folge der Kelvin-Helmholtz-Instabilität, die in Flüssigkeiten zur Bildung von wellenartige Strukturen führt, wenn zwei benachbarte Schichten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Denn das heisse Gas auf der Sonne verhalte sich wie eine Flüssigkeit, so die Wissenschaftler.

Das Team untermauert diesen Befund mit Hilfe von aufwendigen Computersimulationen, bei denen auch das Magnetfeld der Sonne berücksichtigt werden muss. I