Sonnenforschung: Helle und dunkle Flecken grenzen sich eindeutig ab

Astrophysiker widerlegen mit Teleskopbildern die Annahme vom kontinuierlichen Übergang

Astrophysiker der Universitäten Göttingen und Graz haben bei Untersuchungen der kleinen hellen magnetischen Gebiete an der Sonnenoberfläche herausgefunden, dass diese sich von den sehr viel größeren dunklen Sonnenflecken eindeutig abgrenzen. Damit widerlegen sie die gängige wissenschaftliche Meinung, dass es einen kontinuierlichen Übergang zwischen beiden Bereichen gibt. Als Zwischenstadium galten bislang Gebiete mittlerer Größe von einigen 1.000 Kilometern Durchmesser, die weder hell noch dunkel sind. „Unsere Forschungen verweisen hingegen darauf, dass hier eine ,Lücke’ klafft, die auch im Magnetfluss nachweisbar ist“, so Dr. Eberhard Wiehr, Akademischer Direktor an der Göttinger Universitäts-Sternwarte. Der Wissenschaftler untersuchte die hellen Magnetstrukturen mit dem schwedischen Sonnenteleskop SST am Observatorium auf La Palma, das Digitalbilder von bisher unerreichter Trennschärfe lieferte. Die Ergebnisse wurden in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Die großen dunklen Flecken auf der Sonne erreichen einen Durchmesser von bis zu 100.000 Kilometern und weisen starke Magnetfelder auf. Rund um diese Sonnenflecken sind kleine magnetische Gebiete gelagert, die heller als ihre Umgebung sind und eine maximale Größe von 300 Kilometern Durchmesser haben. Die Wissenschaftler stellten fest, dass in diesem Größenbereich alle magnetischen Strukturen etwa gleich hell sind. Sie fanden keine Anzeichen dafür, dass mit zunehmender Größe die Helligkeit systematisch abnimmt. „Also ist auch kein ,Platz’ für bislang angenommene Übergangsgrößen. Vielmehr zeigen die von uns ausgewerteten Bilder, dass sich die kleinsten dunklen Flecken von den größten hellen Gebieten abgrenzen“, so der Göttinger Astrophysiker Dr. Wiehr. Er arbeitete bei seinen Untersuchungen mit Dr. Johann Hirzberger vom Institut für Geophysik, Astrophysik und Meterologie der Universität Graz (Österreich) und Burkart Bovelet (Göttingen) zusammen.

Bei der Berechnung des magnetischen Kraftflusses, der sich aus dem Produkt von Fläche und Magnetfeldstärke ergibt, stießen die Wissenschaftler vielmehr auf eine „Lücke“ zwischen beiden Bereichen. Schon seit 30 Jahren ist wissenschaftlich erwiesen, dass die Magnetfeldstärke der kleinen hellen Gebiete etwa 1.500 Gauss, also das 1.000-fache der Erdmagnetstärke, beträgt. In den größten hellen Strukturen von 300 Kilometer Durchmesser steckt demnach ein magnetischer Kraftfluss von 10 hoch 18 Maxwell. Für die dunklen Flecken ist aber seit langem bekannt, dass sie einen Kraftfluss von mindestens 10 hoch 19 Maxwell benötigen. „Dazwischen klafft offenbar die Differenz von einer ganzen Zehnerpotenz Magnetfluss, der auf der Sonne nicht vorkommt“, erklärt Dr. Wiehr. Aufgrund dieser Ergebnisse vermuten die Astrophysiker, dass die dunklen Flecken und hellen Gebiete ganz unterschiedlicher Natur sind.

Die großen dunklen Sonnenflecken haben ihre Wurzeln in sehr tiefen Schichten, in denen die Sonnenenergie nicht in Form von Strahlung, sondern durch Wärmetransport nach außen abgegeben wird. In dieser „Konvektionszone“ erzeugt ein gigantischer Dynamo-Prozess die Magnetfelder, die dann an der Oberfläche als dunkle Flecken erscheinen. Die hellen Magnetgebiete hingegen reichen womöglich bei weitem nicht so tief in die Sonne, sondern sind eher ein Oberflächenphänomen. Dr. Wiehr: „Dies zeigt sich auch darin, dass sie ,Spielball’ der brodelnden Bewegungen auf der Sonnenoberfläche sind, der so genannten Sonnen-Granulen, von denen sie hin und her geschubst werden, während die dunklen Flecken unbeweglich wie ein Fels im Chaos der Granulen-Bewegung verharren.“

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Dr. Eberhard Wiehr
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik
Universitäts-Sternwarte
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