Solare Eruptionen, Protuberanzen und Co. – was geht auf der Sonne vor?

Auf der Sonnenoberfläche herrscht ständig Bewegung. Neben den bekannten Sonnenflecken gibt es auch Protuberanzen, solare Eruptionen und CMEs. Doch worin unterscheiden sich die Erscheinungen? Und wie kommen sie zustande?

Die Sonne besteht aus Gasen, die elektrisch aufgeladen sind. Durch die Rotation der Gasmengen entstehen starke magnetische Felder, die sich andauernd und dynamisch verändern. Sichtbar wird diese Aktivität an der Sonnenoberfläche: Aus der sogenannten Fotosphäre können sich gewaltige Plasmabögen erheben, die bis in den Strahlenkranz der Sonne, die sogenannte Korona, reichen. Diese Bögen erstrecken sich einige zehntausend Kilometer weit in den Weltraum. – Doch wie kommen die spektakulären Erscheinungen zustande?

An den Stellen der Sonne, wo das Magnetfeld besonders stark ist, funktioniert die Wärmeabgabe (Konvektion) aus dem Sonneninneren nicht mehr. Die Oberfläche kühlt ab – es bilden sich Sonnenflecken. Durch die Konkurrenz von Konvektionsbewegung und Magnetfeld entstehen große Spannungen, die sich schließlich in Sonneneruptionen entladen.

Bei den Plasmaeruptionen werden grundsätzlich drei verschiedene Arten unterschieden: Sonneneruptionen (Flares), Protuberanzen (Filaments) und koronale Masseauswürfe (Coronal Mass Eruption: CME).

Für die Beobachtung dieser Phänomene machen Instrumente wie das NASA Solar Dynamics Observatory (SDO) oder das Solar and Heliospheric Oberservatory (SOHO) täglich hochauflösende Aufnahmen von der Sonne. Auch Sonden liefern einzigartige Bilder der Sonnenoberfläche.

Protuberanzen sind lange Plasmakanäle

Protuberanzen oder Filamente richten sich am Magnetfeld der Sonne aus. In den magnetischen Kanälen der Protuberanzen lässt die Wirkung der Schwerkraft nach. Zudem sind die Kanäle vor der Hitze der sie umgebenden Korona abgeschirmt. Dadurch wird die Plasmabewegung innerhalb der Kanäle begünstigt und stabilisiert.

Allgemein unterscheidet man langlebige, ruhende Protuberanzen von aktiven, eruptiven Protuberanzen.

Nordpol der Sonne — Nord- und Südpol der Sonne sind meist kühler (hier: dunkler) als der Rest der Sonne und weisen eine geringere Aktivität auf. Bild: SOHO

Ruhende Protuberanzen können über Wochen und Monate bestehen. Sie treten meist in ruhigen Zonen der Sonnenoberfläche auf, beispielsweise an den Polen (polare Protuberanzen). Die langen Plasmabögen kommen dadurch zustande, dass die Materie den solaren Magnetfeldlinien folgt.

Eruptive Protuberanzen hingegen entstehen spontan und dauern meist nur Sekunden oder Minuten an. Man vermutet, dass die sprunghafte Verbindung von Magnetfeldlinien (Rekonnexion) dafür verantwortlich ist. Dabei wird so viel Energie freigesetzt, dass das Sonnenplasma mitgezogen wird.

Sonneneruptionen – elektromagnetische Entladungen

Von den Protuberanzen unterscheidet man Sonneneruptionen (Flares). Dabei handelt es sich um spontane elektromagnetische Entladungen. Solare Flares werden anhand ihrer Stärke klassifiziert. So kann man B-, C-, M- und X-Flares voneinander abgrenzen.

FAN JET ERUPTION: A prominence (the bright emission above the limb) becomes increasingly unstable (motion) and erupts into a beautiful fan shape. Shortly thereafter a jet explodes from the southern part of the spot region. pic.twitter.com/OVw8yhN8AC
— Keith Strong (@drkstrong) October 16, 2023

In einem Post auf X (ehemals Twitter) ist eine fächerförmige Eruption ("Fan Jet Flare") zu sehen. Diese entstehen oft über Lichtbrücken, die oft in der Nähe von Sonnenflecken zu finden sind. Sie kommen vermutlich durch die Verschmelzung des vertikalen Feldes der Sonnenflecken mit dem eher horizontalen Feld über den Lichtbrücken zustande. Auch hier sind es also magnetische Entladungen, die für die Eruption sorgen.

Neben Fan Flares gibt es auch Ribbon Flares – bandförmige Eruptionen – und die berühmten Hyder Flares, die durch einen spezifischen Bewegungsablauf gekennzeichnet sind.

Koronale Masseauswürfe verursachen Sonnenstürme

Besonders massereiche Sonneneruptionen nennt man koronaler Masseauswurf oder Coronal Mass Eruption (CME). CMEs entlassen Milliarden Tonnen von Plasma in den Weltraum. Die freigesetzte Strahlung kann zuweilen auch die obere Erdatmosphäre sowie die elektromagnetische Strahlung auf der Erde beeinflussen.

Koronaler Masseauswurf (CME) — Ein heller und ausgedehnter koronaler Massenauswurf (CME) am 24. Januar 2007. Bild: SOHO

Die dabei entstehenden geomagnetischen Stürme können elektronische Defekte in Satelliten oder Störungen in Flugzeugen (Kommunikation und Navigation) hervorrufen. In der Ionosphäre der Erde können geomagnetische Stürme sogar dazu führen, dass Satelliten in dieser Atmosphärenschicht absinken oder ganz ausfallen.

Sehr starke CMEs beeinflussen sogar das Stromnetz. Kurzschlüsse oder Stromausfälle entstehen. Die Sonnenstürme wirken sich auf das Magnetfeld der Erde aus, was wiederum die Radioübertragung beeinträchtigt.