Wissenschaftler am Institut für Sonnenphysik (KIS) in Freiburg haben ein Rätsel gelöst, das seit vier Jahrhunderten die Forschung beschäftigt. Sonnenflecken, die markantesten Merkmale des magnetischen Feldes der Sonne, wurden erstmals im 17. Jahrhundert mit dem neu erfundenen Fernrohr vom italienischen Astronomen Galileo Galilei systematisch beobachtet. Im Laufe des 20. Jahrhunderts erkannten Forscher durch Fortschritte in der Spektroskopie und Polarimetrie, dass diese Flecken die Standorte intensiver Magnetfelder darstellen. Diese Magnetfelder in Sonnenflecken sind so stark, dass sie mit den Magnetfeldern in modernen MRT-Geräten vergleichbar sind, jedoch über Flächen verteilt sind, die weitaus größer sind als die gesamte Erde.
Die Anzahl der Sonnenflecken unterliegt einem zyklischen Verlauf, der alle 11 Jahre seinen Höhepunkt erreicht. Während dieser Zeit kommt es häufig zu explosiven Phänomenen, die als koronale Massenauswürfe und Sonneneruptionen bekannt sind. Diese Ereignisse können gravierende Auswirkungen auf die Kommunikationstechnologie im All und sogar auf die Stromversorgung auf der Erde haben. Sonnenflecken können mehrere Tage bis Monate über der Sonnenoberfläche bestehen bleiben und spielen eine entscheidende Rolle für das Verständnis des solaren Aktivitätszyklus.
Bereits in den 1970er Jahren wurde vermutet, dass die Langlebigkeit der Sonnenflecken auf ein Gleichgewicht zwischen Gasdruck und Magnetfeld zurückzuführen ist. Jedoch blieb die genaue Erklärung für dieses Gleichgewicht aufgrund der Komplexität der magnetischen Störungen lange Zeit unklar. Dies hat sich nun geändert. In einer aktuellen Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics wird eine neue Methode zur Untersuchung der Stabilität von Sonnenflecken vorgestellt.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern, angeführt von Forschern aus Deutschland in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Schweden, den USA und Spanien, hat diese Methode erfolgreich angewandt. Sie nutzen das deutsche Sonnenteleskop GREGOR, um die neu entwickelte Technik zu implementieren, die ursprünglich am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen entwickelt wurde. Diese Technik ermöglicht es, die störenden Einflüsse der Erdatmosphäre von den Beobachtungsdaten abzuziehen.
Die Magnetfeldmessungen, die mit der neuen Methode am GREGOR-Teleskop durchgeführt wurden, erreichen nun eine Qualität, die zuvor nur mit Satellitenmessungen möglich war, und das zu deutlich geringeren Kosten. Der Vergleich der Messdaten vor und nach der atmosphärischen Korrektur verdeutlicht die enormen Fortschritte in der Beobachtungstechnologie. Ein leistungsstarkes numerisches Programm, dessen Entwicklung von Dr. Juan Manuel Borrero vom KIS geleitet und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde, ermöglichte die Analyse des polarisierten Lichts, das von der Sonne ausgestrahlt wird.
Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen, dass die magnetischen Kräfte innerhalb der Sonnenflecken durch Druckkräfte so ausgeglichen werden, dass ein stabiles Gleichgewicht entsteht. Diese Erkenntnis gibt Aufschluss darüber, warum Sonnenflecken über längere Zeiträume bestehen bleiben können. In Zukunft könnte dieses Wissen dazu genutzt werden, um frühzeitig zu erkennen, wann ein Sonnenfleck instabil wird und somit das Risiko erhöht, dass er explosive Ereignisse auslöst, die potenziell die moderne Zivilisation gefährden könnten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschungsergebnisse des KIS einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis der Sonnenflecken und ihrer Stabilität darstellen. Diese Entdeckung könnte nicht nur das Wissen über die Sonne erweitern, sondern auch wichtige Implikationen für den Schutz der modernen Technologie und Infrastruktur haben, die anfällig für die Auswirkungen von Sonnenaktivität sind.
