Sunrise III: Sonnentornados, Ausbrüche und Plasmawirbel in der Sonnenatmosphäre entdeckt

Zwei Jahre nach dem spektakulären Stratosphärenflug des Sonnenobservatoriums Sunrise III liegen erste wissenschaftliche Ergebnisse vor. Im Rahmen der Mission wurden umfangreiche Daten über die sichtbare Oberfläche der Sonne und die darüberliegende Atmosphäre gesammelt.

Sechseinhalb Tage lang hatte das ballongetragene Observatorium im Juli 2024 unseren Stern beobachtet und flog dabei von Nordschweden bis in die kanadischen Nordwestterritorien hinein. Dabei entstanden mehr als 200 Terabyte Messdaten. Die erlauben es nun, in die rund 2000 Kilometer dicke Chromosphäre der Sonne zu blicken, in der heiße Plasmaströme, Magnetfelder und Wellen miteinander wechselwirken.

Wellen, Flecken und Ausbrüche im Sonnenplasma

„Sunrise III hat schon jetzt unseren Blick auf die Sonne nachhaltig veränderts“, sagt Sami K. Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung und Leiter der Mission. „Die Daten zeigen, wie kleinste Strukturen und schnelle Prozesse in der Photosphäre und Chromosphäre das ungestüme Wesen unseres Sterns bestimmen.“

Während des Flugs zeigte die Sonne ihre ganze Bandbreite: Neben ruhigen Regionen wurden Sonnenflecken, starke Magnetfelder und mehrere Strahlungsausbrüche beobachtet.

Die ersten Analysen geben Aufschluss über die komplexen Abläufe auf der Sonne. Bemerkenswert sind zum Beispiel die beobachteten Schwingungen, die durch turbulente Bewegungen im Sonneninneren entstehen. Die Wellen lassen sich durch Sunrise III erstmals über die gesamte Photosphäre und Chromosphäre hinweg verfolgen, wodurch der Einfluss von Magnetfeldern genauer bestimmt werden kann.

Auch ein Strahlungsausbruch der Kategorie M5.3 am 13. Juli 2024 wurde detailliert aufgezeichnet. Solche Ereignisse können auf der Erde unter anderem Satelliten und Stromnetze beeinflussen. Die Messungen zeigen nun noch genauer, wie sich Magnetfeldlinien in der Chromosphäre neu ordnen und dabei große Mengen Energie freisetzen.

„Die Ergebnisse, die schon jetzt vorliegen, sind so vielfältig wie die Sonne selbst“, erklärt MPS-Wissenschaftlerin Smitha Narayanamurthy. „Sie enthüllen Neues über den Ruhezustand der Sonne und helfen, ihre temperamentvolle Seite zu verstehen.“

Kleine Wirbelstürme auf der Sonne

Eine weitere Überraschung betrifft sogenannte Sonnentornados: Computersimulationen und Sunrise-III-Daten weisen darauf hin, dass selbst scheinbar geordnete Magnetfeldstrukturen von fein verdrehten Linien durchzogen sind. Die könnten heiße Plasmaströme in der Chromosphäre antreiben und kleine Wirbelstürme auf der Sonne erzeugen.

Möglich wurden die neuen Annahmen durch den Standort des Observatoriums in etwa 35 Kilometern Höhe, wo sich Sunrise III oberhalb des größten Teils der Erdatmosphäre befand. Dadurch entfielen störende Luftbewegungen, die bodengebundene Teleskope begrenzen.

Das ein Meter große Teleskop arbeitete mit drei Spezialinstrumenten: SUSI für ultraviolette Messungen, TuMag zur Untersuchung der Magnetfelder und SCIP für den infraroten Bereich. Die Systeme ermöglichten Aufnahmen im Viertelsekundentakt mit einer Auflösung von bis zu 50 Kilometern auf der Sonnenoberfläche.

„Wir stehen noch ganz am Anfang“, sagt Sunrise-III-Projektmanager Andreas Korpi-Lagg. „Die Daten der Sunrise III-Mission werden uns noch viele Jahre beschäftigen – und enthalten bestimmt noch die ein oder andere Überraschung.“

Die Mission entstand unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung gemeinsam mit internationalen Partnern aus den USA, Spanien und Japan. Die weiteren Analysen sollen künftig helfen, die Entstehung von Sonnenaktivität und ihre Auswirkungen auf die Erde besser zu verstehen.