März 2010: Der Feuerring wurde vom SDO-Observatorium erfasst

Ein spektakuläres Solarereignis

Im März 2010, wenige Wochen nach seiner Einführung, wurde dasObservatorium für Sonnendynamik(SDO) der NASA hat eines seiner ersten auffälligen Bilder aufgenommen: einen ringförmigen Sonnenvorsprung, sichtbar im extremen Ultraviolett (304 Å). Diese Struktur, die in visueller Analogie oft als „Feuerring“ bezeichnet wird, entspricht einem riesigen magnetischen Lichtbogen, der mit heißem Plasma geladen ist und sich über fast 300.000 Kilometer oder etwa das 25-fache des Erddurchmessers erstreckt. Seine ringförmige Morphologie resultiert aus der dreidimensionalen Projektion eines Plasmaflusses, der durch die koronalen Magnetfeldlinien begrenzt wird.

• Quelle:Wissenschaftliche Veröffentlichungen des NASA SDO (neues Fenster)UndSolar Physics Journal (2011) (neues Fenster).

Physik koronaler Ringe

Diese Strukturen, genanntkoronale Schleifenwerden durch Plasma gebildet, das den Linien des Sonnenmagnetfeldes folgt. Die Plasmatemperatur in diesen Regionen kann \(1-3 \times 10^6\) Kelvin erreichen. Die Gleichung, die das magnetische Gleichgewicht bestimmt, lautet: \( \nabla p = \frac{1}{\mu_0} (\nabla \times \mathbf{B}) \times \mathbf{B} \) wobei \(p\) der Plasmadruck und \(\mathbf{B}\) das Magnetfeld ist.

Der beobachtete Vorsprung hatte Temperaturen im Bereich von \(5\times 10^4\ \mathrm{K}\) (Übergangsplasma) bis über \(10^6\ \mathrm{K}\) (koronales Plasma). Typische Elektronendichten erreichen \(10^9 - 10^{11}\ \mathrm{cm^{-3}}\) – extrem dicht für ein astrophysikalisches Plasma, und Auswurfgeschwindigkeiten können \(500\ \mathrm{km\ s^{-1}}\) übersteigen – etwa 0,17 % der Lichtgeschwindigkeit und sind vergleichbar mit einem schnellen Sonnenwind oder einem moderaten Sternauswurf.

Hinweis::
DortElektronendichtestellt die Anzahl der freien Elektronen pro Volumeneinheit dar.

Mechanismen im Spiel

Der „Feuerring“ ist die visuelle Manifestation einesmagnetische Wiederverbindung: Die Feldlinien ordnen sich plötzlich neu, setzen Energie frei und treiben Plasma an. Das wahrscheinliche Szenario ist das eines instabilen magnetischen Seilflusses (Knick- oder Torusinstabilität), der aufsteigt und dichtes Plasma aus der Chromosphäre transportiert, sichtbar im He II 304 Å-Band.

Was ist eine magnetische Wiederverbindung?

Dortmagnetische Wiederverbindungist ein grundlegender Prozess in der Plasmaphysik, bei dem magnetische Feldlinien unterbrochen und wieder verbunden werden, wodurch magnetische Energie in kinetische und thermische Energie umgewandelt wird. Dieses Phänomen erklärt:

• Sonneneruptionen
• Koronale Massenauswürfe
• Erwärmung der Sonnenkorona

Ein typisches Beispiel ist der solare „Feuerring“, bei dem die magnetische Wiederverbindung zur Bildung heller koronaler Schleifen führt, die im extremen Ultraviolett sichtbar sind, die Signatur eines auf mehrere Millionen Kelvin erhitzten Plasmas.

Vergleichstabelle zwischen einem Feuerring und einem Vorsprung

• Quellen:NASA/SDO (neues Fenster)UndNASA-Anzeigen (neues Fenster).

SDO hat seine ursprüngliche Mission weit übertroffen

Das im Februar 2010 gestarteteObservatorium für Sonnendynamik(SDO) hat seine ursprünglich für 5 Jahre geplante Mission weit übertroffen. Auch im Jahr 2025 setzt die Maschine ihre Beobachtungen der Sonne fort, obwohl einige ihrer Instrumente nach mehr als 15 Jahren im geosynchronen Orbit Abnutzungserscheinungen aufweisen. Die Ultraviolet Imaging (AIA)-Sensoren und das Magnetfeldmessgerät (HMI) liefern weiterhin wertvolle Daten, allerdings mit regelmäßig angepasster Kalibrierung, um Detektorverschlechterung und optische Verschmutzung auszugleichen.

Die von SDO seit seiner Einführung gesammelten Daten stellen nun eines der umfassendsten Solararchive dar, die jemals erstellt wurden, und decken mehr als einen vollständigen Sonnenzyklus ab.

• Mehr als 500 Millionen hochauflösende Bilder der Sonne
• Vollständige Abdeckung eines gesamten Sonnenzyklus (24^eZyklus)
• Die 72-Stunden-Vorhersage von 95 % der größeren Eruptionen

Im Jahr 2025 reduzierte die NASA das Tempo ihrer Hochgeschwindigkeitsbeobachtungskampagnen, um die Lebensdauer der noch aktiven Systeme zu optimieren und gleichzeitig den Übergang zu einem neuen Satelliten vorzubereiten.

Solar-C: Der Erbe von SDO

Dieser Erbe, getauftSolar-C(OderSolar-C-Observatorium für extremes Ultraviolett, SCEO) ist ein Gemeinschaftsprojekt von NASA, JAXA und ESA, dessen Start für Ende des Jahrzehnts 2020 geplant ist. Es wird von empfindlicheren Detektoren im extremen Ultraviolettbereich und einer höheren zeitlichen Auflösung profitieren und es ermöglichen, solarmagnetische Prozesse in noch nie dagewesenen räumlich-zeitlichen Maßstäben zu verfolgen. Solar-C wird auch die Aufgabe übernehmen, die Dynamik der Sonnenkorona und ihre Wechselwirkungen mit dem Sonnenwind zu untersuchen und so die wissenschaftliche Kontinuität zwischen SDO und zukünftigen Generationen von Sonnenmissionen sicherzustellen.