- Januar 2001
Ich höre und lese, dass man nicht weiß, warum die Sonnenkorona, die gasförmige Umgebung der Sonne, eine Temperatur von etwa einer Million Grad hat, während ihre Oberfläche nur sechstausend Grad beträgt. Heute Morgen kam mir eine Idee.
Es ist ein beobachteter Sachverhalt: Die Sonne emittiert periodisch große Plasmabögen. Die Ankerpunkte dieser Bögen auf der Sonnenoberfläche sind die Sonnenflecken. Das Plasma um die Sonne herum befindet sich unter der Bedingung, sofern ich mich nicht irre, eines „hohen magnetischen Reynolds-Zahls“. Das heißt, die Magnetfeldlinien sind „eingefroren“ („frozen in“) im Plasma. Stellen Sie sich Frauenhaare in einem Pool vor, die mit einem Kamm geglättet werden. Die Haare und der Kamm sind eng miteinander verbunden. Ein zieht den anderen mit, und umgekehrt.
Diese neuen Beobachtungen zeigen, dass die Plasmabögen große Entfernungen erreichen, dann aber auseinanderbrechen. In der rechten Abbildung sind schematisch die Magnetfeldlinien dargestellt. An jedem Punkt des Raums kann man dem Wert von B einen entsprechenden Wert der „magnetischen Druckkraft“ zuordnen, wie angezeigt.
Außerdem gilt die Erhaltung des magnetischen Flusses:
Der Magnetfeldwert ist also in der Nähe der Sonnenflecken maximal und minimal am Punkt der größten Ausdehnung des Bogens. Dadurch entsteht ein Gradient des Magnetfeldes. Der Bogen wirkt dann wie ein Teilchenbeschleuniger. Das Gas löst sich also von der Sonnenoberfläche, von jedem Sonnenfleck, und wird durch diesen Feldgradienten, der weit über die Gravitationskraft hinausgeht, nach oben beschleunigt, um die Region mit minimalem Feld zu erreichen, dort, wo der Bogen am weitesten ausgedehnt ist und seine Querschnittsfläche am größten ist. Diese Plasma-Massen könnten meiner Ansicht nach dann kollidieren. Das Ergebnis wäre die Umwandlung magnetischer Energie (die zur Beschleunigung der beiden Plasma-Massen verwendet wurde) in thermische Energie. Die folgende Abbildung illustriert diesen Gedanken. Die Beschleunigung von Teilchen durch einen Druckgradienten im Magnetfeld, besonders über große Entfernungen, ist ein sehr effizienter Prozess. Alles das könnte numerisch erfasst und präziser modelliert werden. Aber ich denke, dass dieses Phänomen eine Erklärung für die starke Erwärmung der Korona liefern könnte. Man sollte nicht vergessen, dass die thermische Bewegungsgeschwindigkeit proportional zur Quadratwurzel der Temperatur ist. Der Übergang von 6000 auf eine Million Grad bedeutet daher lediglich einen Faktor 12 an erhöhter thermischer Bewegungsgeschwindigkeit.
Dort, wo die Plasma-Massen kollidieren (die Bögen wären dann der Sitz interessanter magnetohydrodynamischer Phänomene, die untersucht werden sollten), kann der Druck im Plasma so groß werden, dass das Plasma dem durch die Magnetfeldlinien gebildeten Gefüge entkommt. Dadurch kommt es zur Zerstörung der Bögen, wodurch ihr heißer Inhalt freigesetzt wird. Danach ergeben sich zwei Fälle. Eine moderate Erwärmung würde die gasförmige Umgebung der Sonne, ihre Korona, aufheizen. Der Gasanteil an der Sonnenoberfläche ist dort festgeklebt. Bei sechstausend Grad ist die thermische Bewegungsgeschwindigkeit deutlich geringer als die Geschwindigkeit, die ein Teilchen benötigt, um sich signifikant von der Sonnenoberfläche zu entfernen. Deshalb ist die Sonne annähernd kugelförmig. Aber die schnelleren Teilchen, die in den Bögen beschleunigt wurden und bei deren Zerstörung freigesetzt wurden, bilden dann die „Atmosphäre der Sonne“, die sich viel weiter ausdehnt.
Stärkere Sonneneruptionen (die eigentlich Nebenwirkung einer instabilen, magnetohydrodynamischen Instabilität mit hohem magnetischem Reynolds-Zahl sind) erzeugen den Sternenwind (bei der Sonne den Sonnenwind). Man weiß außerdem, dass eine hohe Anzahl von Sonnenflecken mit einem intensiven Bombardement der Erde durch das von der Sonne emittierte Gas einhergeht.
Für Nicht-Experten der Plasmaphysik mag diese Beschleunigung durch einen Magnetfeldgradienten etwas schwer verständlich sein. Aber viele Menschen kennen die „Magnetosphäre“ der Erde:
Auf der linken Seite die Erdkugel mit ihrem magnetischen Dipolachse, die geneigt ist. Tatsächlich ist der „magnetische Nordpol“ der Erde ein Südpol, da er die Nordpole von Kompassnadeln anzieht. Geladene Teilchen (hauptsächlich Elektronen), die von der Sonne emittiert werden (Sonnenwind), werden in das Netzwerk der Erdmagnetfeldlinien gefangen. Rechts: Sie bewegen sich zwischen Bereichen mit hohem Feld hin und her, während sie sich um die Feldlinien spiralförmig bewegen. Diese spiralförmigen Bahnen zeigen, wie das Plasma mit dem Magnetfeld verknüpft ist. Dieses Plasma, das die „Van-Allen-Strahlen“ bildet – benannt nach dem Astrophysiker, der sie entdeckte –, bewegt sich zwischen den nördlichen und südlichen Polarregionen der Erde hin und her. Die Teilchen werden dabei wie mit Tennisschlägern zurückgeschleudert (durch den einfachen Effekt des magnetischen Druckgradienten). In der Plasmaphysik nennt man dies einen „magnetischen Spiegel“ (magnetic mirror). Links: Der nach Sonnenabwärts gerichtete „Schweif“ der Erdmagnetosphäre.
Im Normalzustand kehren die geladenen Teilchen in großer Höhe, über der Erdatmosphäre (deren Grenze man bei etwa 80 km Höhe ansetzen kann), um. Wenn jedoch ein besonders starker Sonnenwindstoß die Erde erreicht, gelangen die Teilchen trotz der Bremswirkung des Magnetfeldgradienten in die obere Atmosphäre. Alle Astronomen wissen, dass dies die Ursache der Polarlichter ist. Eine Van-Allen-Strahlung ist daher eine Struktur, die mir unter bestimmten Aspekten den Sonnenbogen-Strukturen bei Sonneneruptionen sehr ähnlich erscheint.
Nun, das scheint eine Idee zu sein, die weiter erforscht werden sollte. Aber ich habe so viele Dinge zu tun……
Siehe den Bericht „Die Zorn der Sonne“, vom 16. September 2005
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