Protuberanzen: Neue Simulationen zeigen ihre einzigartigen Bewegungen an der Sonnenoberfläche nach

Mit Temperaturen von über einer Million Grad ist die äußere Sonnenatmosphäre, die Korona, extrem heiß. Doch mitten in diesem Glutmeer tauchen immer wieder deutlich kühlere Strukturen auf, sogenannte Protuberanzen. Trotz ihres flammenartigen, oft filigranen Erscheinungsbildes handelt es sich um massereiche Gebilde mit einer Dichte, welche die der umgebenden Korona um ein Vielfaches übersteigt.

Ihre Stabilität ist bemerkenswert: Manche Protuberanzen existieren über Wochen oder Monate hinweg. Gleichzeitig stellen sie ein erhebliches Risiko für uns dar, denn sie können in gewaltigen Eruptionen enden, bei denen die Sonne geladene Teilchen ins All schleudert.

Für die Erde von großer Bedeutung

Erreichen solche Teilchenwolken die Erde, können sie starke Sonnenstürme auslösen. Die wiederum gefährden Satelliten, Kommunikationssysteme und Stromnetze.

Für die aktuelle Studie des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) wurden komplexe Computersimulationen entwickelt, die erstmals alle relevanten Schichten der Sonne einbeziehen. Dazu zählen nicht nur die Korona, sondern auch tiefere, kühlere Bereiche unterhalb der sichtbaren Oberfläche.

Dort sorgen turbulente Plasmaströmungen dafür, dass das Magnetfeld der Sonne entsteht und sich ständig verändert. „In der Sonnenatmosphäre ist das Magnetfeld die treibende Kraft“, erklärt Lisa-Marie Zeßner-Ondratschek, Erstautorin der in Nature Astronomy veröffentlichten Studie. „Es spielt auch eine entscheidende Rolle bei allen Prozessen, die zur Entstehung und Aufrechterhaltung der Protuberanzen beitragen.“

Wie Protuberanzen im Magnetfeld entstehen

Die Simulationen zeigen, dass immer ein charakteristisches Muster entsteht: Die Magnetfeldlinien bilden in der Korona eine Doppelbogen-Struktur mit einer Senke in der Mitte. In genau dieser Senke entsteht die Protuberanz. Man kann sich die Struktur wie zwei benachbarte Berggipfel vorstellen, zwischen denen sich ein Tal befindet – dort sammelt sich das Plasma.

Ausgelöst wird der Prozess durch turbulente Bewegungen im Magnetfeld. Bei denen werden aus tieferen Schichten der Sonne immer wieder kühlere Plasmapakete nach oben geschleudert, die sich in der Senke festsetzen.

Andauernder Nachschub

Damit eine Protuberanz bestehen bleibt, benötigt sie eine kontinuierliche Versorgung mit Material. Genau hier setzt die neue Arbeit an.

Ein Teil des Plasmas regnet regelmäßig zurück in tiefere Schichten der Sonne. Gleichzeitig sorgen zwei Prozesse für Nachschub: Zum einen wird immer wieder neues, kühles Plasma aus der Chromosphäre nach oben geschleudert. Zum anderen strömt heißes Plasma aus der Korona entlang der Magnetfeldlinien in die Senke, kühlt dort ab und kondensiert. Diese beiden Mechanismen halten die Protuberanz im Gleichgewicht.

„Unsere Berechnungen zeigen realistischer als je zuvor, wie beide Prozesse zusammenwirken, um die Protuberanzen mit Material zu versorgen und so am Leben zu halten“, sagt Zeßner-Ondratschek.

Zukunft der Weltraumwetter-Vorhersage

Frühere Modelle hatten sich vor allem auf Vorgänge in der Sonnenatmosphäre konzentriert und konnten daher nur einen Teil des Geschehens abbilden. Die neuen Simulationen schließen diese Lücke, indem sie auch das Geschehen im Inneren der Sonne berücksichtigen. Dadurch entsteht erstmals ein konsistentes Gesamtbild davon, wie Protuberanzen entstehen und ihre Stabilität erlangen.

Langfristig könnten damit die eruptiven Aktivitäten der Sonne besser vorhergesagt werden – und damit auch die Risiken für die Erde.

Quellenhinweis:

Zessner, L. M., Cameron, R. H., Solanki, S. K., et al. (2026): Self-consistent numerical simulations for the formation and dynamics of solar prominences. Nature Astronomy.