Hallo Zusammen,
Wissenschaftler entdecken die Ursprünge der Verwirbelung der SpiculesDie Spicules brechen sehr schnell, ca. mit 60 Meilen die Sekunde, von der Sonnenoberfläche aus. Bevor sie zusammen sinken, können sie eine Länge von 6.000 Meilen erreichen. Trotz der grasähnlichen Fülle war es bis jetzt den Wissenschaftlern ein Rätsel , wie sie sich bilden.
Die Beobachtung von
Spicules war ein heikles Problem für die Wissenschaftler, die verstehen wollten, wie sich Solarmaterial und Energie durch die Sonne und davon weg bewegen.
Spicules existieren nur vorübergehend, sie bilden und kollabieren im Laufe von nur fünf bis 10 Minuten. Diese Strukturen sind schwer von der Erde zu studieren, da die Atmosphäre oft die Sicht der Teleskope verwischt.
Zum ersten Mal wurde durch eine Computer-Simulation mit dem
Pleiades Supercomputer im NASA Ames Research Center im Silicon Valley in einem Jahr andauerndes, sehr detailliertem Modell ermittelt, wie die
Spicules sich von der Oberfläche der Sonne so schnell aufsteigen können.
Ein Team von Wissenschaftlern arbeitete seit fast ein Jahrzehnt an diesem Modell und versuchten immer wieder, eine Version zu modellieren, die
Spicules erschaffen würde. Frühere Versionen des Modells behandelten die niedrigere Sonnenatmosphäre, wenn heißes Gas von elektrisch geladenen Teilchen oder ein vollständig ionisiertes Plasma aufstieg. Die Wissenschaftler erkannten, dass etwas fehlte, weil sie in den Simulationen niemals
Spicules sahen.
Der Schlüssel zur Bildung der
Spicules waren die
neutrale Teilchen. Die Wissenschaftler wurden von der eigenen Ionosphäre der Erde inspiriert, einer Region der oberen Atmosphäre, in der die Wechselwirkungen zwischen neutralen und geladenen Teilchen für viele dynamische Prozesse verantwortlich ist.
Das Forscherteam wusste, dass in kühleren Bereichen der Sonne nicht alle Gasteilchen elektrisch geladen sind. Einige Teilchen sind neutral, und
neutrale Teilchen unterliegen nicht Magnetfeldern wie geladene Teilchen. Die Wissenschaftler hatten bisherige Modelle auf einem vollständig ionisierten Plasma basiert, um das Problem zu vereinfachen. Es war rechnerisch sehr teuer, um einschließlich mit den notwendigen
neutralen Teilchen das endgültige Modell zu berechnen, es dauerte mit dem
Pleiades Supercomputer etwa ein Jahr.
Das Modell begann mit einem grundlegenden Verständnis davon, wie sich Plasma in der Atmosphäre der Sonne bewegt. Konstante Konvektion von Material in der ganzen Sonne erzeugt Inseln von verworrenen Magnetfeldern. Wenn die Konvektion sie bis zur Oberfläche und weiter in die untere Atmosphäre der Sonne führt, greifen Magnetfeldlinien schnell wieder ein, um die Spannung zu lösen und Plasma und Energie auszustoßen. Aus dieser Vorgang wird ein
Spicule erzeugt. Aber zu erklären, wie diese komplexen magnetischen Knoten aufsteigen und sich die
Spicules aufzugreifen, war der heikle Teil.
Nach der Aussage von
Juan Martínez-Sykora, führender Autor der Studie und ein Solar-Physiker bei Lockheed Martin und der Bay Area Environmental Research Institute in Sonoma, Kalifornien, sind normalerweise magnetische Felder eng mit geladenen Teilchen gekoppelt. Aber mit nur geladenen Teilchen im Modell waren die Magnetfelder fest und konnten nicht über die Sonnenoberfläche hinaussteigen. Als sie die Neutralen hinzufügten, konnten sich die Magnetfelder frei bewegen.
Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Joy Ng, producerNeutrale Partikel geben den Knoten der magnetischen Energie den Auftrieb, durch das heiße Plasma der Sonne aufsteigen und die Chromosphäre erreichen müssen. Dort greifen sie in
Spicules ein und geben Plasma und Energie frei. Die Reibung zwischen Ionen und neutralen Teilchen erwärmt das Plasma, sowohl in als auch um die
Spicules noch mehr.
Mit dem neuen Modell passen die Simulationen endlich zu Beobachtungen von IRIS und dem schwedischen Solar-Teleskop.
Spicules traten natürlich und häufig auf. Für die 10-jährige Arbeit, die in die Entwicklung dieses numerischen Modells ging, verdienten die
Wissenschaftler Matten Carlsson und Viggo H. Hansteen, beide Autoren der Studie von der
Universität Oslo in Norwegen, im Jahr 2017 die
Arctowski Medaille von der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Martínez-Sykora führte die Erweiterung des Modells um die Effekte von neutralen Partikeln.
Das aktualisierte Modell der Wissenschaftler zeigte auch noch etwas anderes: wie sich die Energie in der Sonnenatmosphäre bewegt. Es stellt sich heraus, dass dieser Peitschen-ähnliche Prozess auch
Alfvén-Wellen erzeugt, eine starke Art von Magnetwellen. Die Wissenschaftlern vermuten, das es der Schlüssel zur Erwärmung der Sonnenatmosphäre ist und den Sonnenwind antreibt, der ständig unser Sonnensystem und die Planeten mit geladenen Teilchen von der Sonne überschwemmt. Die Simulationen deuten darauf hin, dass
Spicules eine große Rolle beim Aufheizen der Sonnenatmosphäre spielen können, indem sie ständig Plasma ausstoßen und so viele
Alfvén-Wellen über die gesamte Oberfläche der Sonne erzeugen.
Nach der Aussage von
Adrian Daw, IRIS Mission Wissenschaftler an der NASA Goddard Space Flugzentrum in Greenbelt, Maryland, ist dies ein wichtiger Fortschritt zum Verständnis dessen, welche Prozesse in der Sonnenatmosphäre vorgehen können, und es legt die Grundlage für Untersuchungen mit noch mehr Details, um festzustellen, welche große Rolle die Spicules spielen.
Diese Arbeit beruhte auf High-Cadence-Beobachtungen von dem
Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) und dem
schwedischen 1-Meter-Solar-Teleskop in La Palma. Gemeinsam sehen die Raumfahrzeuge und das Teleskop in die unteren Schichten der Sonnenatmosphäre, in der sich Spicules bilden.
Die Ergebnisse dieser NASA-finanzierten Studie wurden am 22. Juni 2017 in Science veröffentlicht. Eine besondere Zeit des Jahres für die IRIS-Mission, die am 26. Juni 2017 ihr viertes Jubiläum feiert.
Ein erklärendes Video dazu. Bitte schaut es Euch über den ganzen Bildschirm an.
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/scientists-uncover-origins-of-the-sun-s-swirling-spiculeshttps://www.nasa.gov/mission_pages/iris/overview/index.htmlhttps://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/new-space-weather-model-helps-simulate-magnetic-structure-of-solar-stormsMit den besten Grüßen
Gertrud
