2013 ist ein besonderes Jahr für die Sonne. Im Frühling wird sie das Maximum des aktuellen Aktivitätszyklus erreichen. Die anwachsende Sonnenaktivität war zwar auch schon letztes Jahr Thema bei mir Blog. Da ging es aber vor allem um irgendwelche absurden Weltuntergangszenarien im Rahmen des ganzen 2012-Unsinns. Da 2012 aber nun endlich vorbei ist, können wir nun einen ganz unhysterischen Blick auf die Sonne und ihre Aktivität werfen.
“Ein Maximum der Sonnenaktivität” heißt nicht, dass die Sonne irgendwie heller leuchtet oder wärmer wird. Mit der für uns sichtbaren Strahlung hat das nichts zu tun. Die Sonnenaktivität betrifft die Vorgänge in der Sonne selbst. Unser Stern ist eine ziemlich große Kugel aus heißem Gas. Im Kern sind es knapp 15 Millionen Grad in den äußeren Schichten beträgt die Temperatur ungefähr 6000 Grad. Es ist also ordentlich warm und diese Temperatur sorgt dafür, dass im Stern alles ziemlich rund geht. Der große Astronom Arthur Eddington beschrieb das Innere eines Sterns als “ein Durcheinander von Atomen, Elektronen und Photonen”. Es geht dort so wild zu, dass die Atome und Elektronen nicht mehr aneinander gebunden sind. Normalerweise besteht ein Atom ja aus einem Kern und einer Hülle aus Elektronen. Die energiereichen Photonen treffen in der Sonne aber auf die Atome und reißen die Elektronen vom Kern. Atomkern und Elektronen aus der Hülle bewegen sich also getrennt voneinander. Ein Gas in diesem Zustand nennt man Plasma.
Wie stark es auf der Sonne wirklich brodelt, kann man an der Granulation erkennen. So bezeichnet man die körnige Struktur, die die Sonnenoberfläche bei näherer Betrachtung zeigt. Wie ein Topf voll mit blubberndem Wasser zeigt auch die Sonne blubbernde Blasen. Eine Granule ist bis zu 1000 Kilometer groß und existiert für ein paar Minuten. Hier ist ein Video der Granulation, das vom Hinode-Satelliten aufgenommen wurde:
Die Granulation entsteht durch Konvektion. Warmes Material aus den tieferen Schichten der Sonne steigt auf, gelangt an die Oberfläche, kühlt ab und sinkt wieder nach unten. So weit, so gut. Richtig interessant wird es aber erst, wenn man nun auch noch die elektrischen und magnetischen Felder berücksichtigt. Denn die ganzen Elektronen, die durchs Sonnenplasma sausen sind ja nichts anderes, als ein elektrischer Strom. Und wo Strom ist, sind immer auch Magnetfelder (darum heißt es ja auch “Elektromagnetismus”). Das Magnetfeld der Sonne ist aber ein wenig anders als die Magnetfelder, die wir sonst so kennen. Wenn wir zum Beispiel einen Kühlschrankmagneten betrachten, dann hat der ein Magnetfeld, das so ist wie es ist und sich nicht ändert. Gleiches gilt (mit kleineren Einschränkungen) auch für das Magnetfeld der Erde. Aber die Sonne ist kein Festkörper, sondern besteht aus Plasma, das ständig in Bewegung ist. Und dieses sich ständig bewegende Plasma erzeugt auch sich ständig bewegende Magnetfelder. Die Magnetfelder sind quasi im Plasma eingefroren: Das Magnetfeld bewegt sich mit dem Plasma und das Plasma orientiert seine Bewegung am Magnetfeld. Diese Kopplung von Magnetfeldern und Materie wird von der Magnetohydrodynamik beschrieben und ist eine ziemlich knifflige Angelegenheit, die ich hier jetzt nicht im Detail erklären werde. Die Magnetfelder sorgen zum Beispiel dafür, dass im Inneren eines “Schlauchs” aus magnetischen Feldlinien ein geringerer Druck herrscht, als außen. Plasma mit einem starken magnetischen Feld steigt also nach oben. Ist das Magnetfeld stark genug, dann können die Feldlinien die Oberfläche der Sonne durchbrechen und wir sehen einen Sonnenfleck. Die Magnetfelder behindern den Aufstieg von neuem heißen Material aus den tieferen Schichten. Diese Regionen sind also ein wenig kühler (nur knapp 4000 Grad statt 6000 Grad) und erscheinen uns deswegen dunkler.
Granulation und Sonnenfleck (Bild: NASA)
Wenn die Feldlinien sich über die Oberfläche der Sonne wölben, dann können sie Material mitreißen. Diese leuchtenden Bögen nennt man “Protuberanzen” und manchmal können sie explosiv sein. Die Feldlinien können eine Art “Kurzschluss” erzeugen, wenn sich zwei entgegengesetzt gepolte Felder treffen. Dann wird jede Menge Energie freigesetzt und Plasma von der Sonne kann ins All geschleudert werden. So etwas nennt man einen koronalen Massenauswurf und wenn dieses Material auf die Erde trifft, dann spricht man vom “Sonnensturm”. Die Tatsache, dass die Sonne immer wieder mal Material ins All schleudert, nennt man “Sonnenaktivität”.
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