Koronale Schleifen, abgebildet von der Raumsonde Transition Region und Coronal Explorer. (NASA) 
Ein gut untersuchtes Sonnenphänomen ist möglicherweise nicht ganz so einfach, wie wir dachten.
Neue Simulationen deuten darauf hin, dass es sich unserer Meinung nach um sogenannte Plasmaschleifen handelte koronale Schleifen Die entlang magnetischer Feldlinien aus der Sonnenoberfläche austretenden Teilchen können, zumindest manchmal, Falten in gewellten Plasmaschichten darstellen.
Astronomen haben dieses Phänomen als das bezeichnet „koronaler Schleier“ , und legen nahe, dass weitere Forschung erforderlich ist, um zu verstehen, wie und warum sie auftreten.
Der Befund sei bedeutsam, sagen sie. Seitdem Koronalschleifen in den 1960er Jahren erstmals eindeutig identifiziert wurden, nutzen Solarwissenschaftler sie, um die Eigenschaften der Sonne zu verstehen, darunter ihr Magnetfeld sowie die Dichte und Temperatur der Sonnenatmosphäre.
„Ich habe meine gesamte Karriere damit verbracht, Koronarschleifen zu studieren“, sagt die Astrophysikerin Anna Malanushenko des Nationalen Zentrums für Atmosphärenforschung.
„Das hätte ich nie erwartet. Als ich die Ergebnisse sah, explodierte mein Verstand.“
Koronale Schleifen sind faszinierend und schön: lange, geschlossene Bögen aus leuchtendem Plasma, manchmal verbunden mit Sonnenflecken. Aber obwohl Wissenschaftler sie seit Jahrzehnten analysieren, um die Sonne besser zu verstehen, entsprechen einige ihrer Eigenschaften nicht unseren Erwartungen.
Erstens neigen koronale Schleifen, die mit Sonnenflecken verbunden sind, dazu, viel höher zu sein, als Berechnungen vermuten lassen.
Zweitens werden die Schleifen mit zunehmender Höhe nicht weniger hell. Stellen Sie sich Eisenspäne vor, die in der Nähe eines Stabmagneten verstreut sind und sich von selbst in Schleifen anordnen. Die größeren Schleifen, die weiter vom Magneten entfernt sind, sind dünner und zarter .
Eisenspäne entlang des Magnetfeldes eines Kugelmagneten. (Geek3/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0)
Koronale Schleifen sehen aus wie diese Eisenschleifen, aber wenn koronale Schleifen mit Magnetfeldern verbunden wären, sollten sie eine ähnliche visuelle Ausdehnung aufweisen – höhere Schleifen sind genauso hell wie niedrigere.
Malanushenko und ihr Team erstellten Modelle der Sonnenkorona mit einem Softwareprogramm namens MURaM , das realistische magnetohydrodynamische Simulationen der Sonne erzeugt. Kürzlich wurde dies um die Sonnenkorona erweitert, was es zu einem hervorragenden Werkzeug für den Versuch machte, Koronarschleifen besser zu verstehen.
Koronale Schleifen, abgebildet von der Raumsonde Transition Region und Coronal Explorer. (NASA/LMSAL)
Als das Team seine Simulationen durchführte, stellte es jedoch fest, dass es sich bei den Schleifen nicht immer um diskrete Strukturen handelte, sondern um Falten in optisch dünnen Plasmaschichten. Da diese Falten dicker und dichter sind, können wir sie deutlich sehen.
Die Simulation ergab jedoch auch, dass koronale Schleifen auch für sich allein existieren können. Dies deutet darauf hin, dass die Sonnenkorona eine viel komplexere Umgebung ist, als wir wussten.
„Diese Studie erinnert uns als Wissenschaftler daran, dass wir unsere Annahmen immer hinterfragen müssen und dass unsere Intuition manchmal gegen uns arbeiten kann.“ Sagt Malanuschenko .
Zusätzlich zu den koronalen Schleiern erfassen die Simulationen des Teams auch den gesamten Lebenszyklus einer Sonneneruption und erstellten dreidimensionale Datensätze der Sonnenatmosphäre, die für synthetische Beobachtungen des Plasmas und des Magnetfelds verwendet werden können. Damit können die Schleifen und Schleier genauer untersucht werden.
Das liegt daran, dass es schwierig sein kann, diese Strukturen anhand realer Sonnenbeobachtungen zu verstehen. Wenn Sie eine Schleife von der Seite betrachten, ist die Form ihrer Schleife nicht zu erkennen. Aber von vorne betrachtet kann man nicht erkennen, wie breit die Schleife ist, wenn sie eher einem Faden oder Band aus Plasma ähnelt.
Während Schleier die Eigenschaften von Koronalschleifen auflösen, die nicht ganz passten, bleiben einige Fragen unbeantwortet. Zum Beispiel, wie und warum diese Strukturen entstehen und was sie falten lässt. Es ist auch unklar, wie viele davon echte Koronalschleifen sein könnten. Synthetische Beobachtungen könnten einige Antworten liefern.
Dafür müssen neue Beobachtungsmethoden und Analysetechniken entwickelt werden, aber die bisherigen Ergebnisse könnten Auswirkungen auf andere Bereiche der Plasmaphysik haben, insbesondere wenn es Strukturen in der Flüssigkeit gibt, die schwer oder gar nicht zu erkennen sind.
„Diese Studie zeigt, dass die Art und Weise, wie wir die Beobachtungen der Sonne derzeit interpretieren, möglicherweise nicht ausreicht, um die Physik unseres Sterns wirklich zu verstehen.“ Sagt Malanuschenko .
„Dies ist ein völlig neues Paradigma zum Verständnis der Sonnenatmosphäre.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .