Zwei Raumschiffe haben die Wellen eingefangen, die den Sonnenwind aufheizen und beschleunigen könnten.

Ein glückliches Zusammentreffen von zwei sonnenbeobachtenden Raumsonden hat möglicherweise endlich ein jahrzehntealtes Sonnenrätsel gelöst.

Daten von der Parker Solar Probe der NASA und dem Solar Orbiter der Europäischen Weltraumagentur deuten darauf hin, dass Plasmawellen, bekannt als Alfvén-Wellen, Energie in den Sonnenwind injizieren, wenn er die äußere Atmosphäre der Sonne verlässt. Dies könnte erklären, warum der Sonnenwind heißer und schneller ist als von Heliophysikern erwartet, berichten Forscher am 29. August in Science.

Die Ergebnisse liefern "einen sehr starken Hinweis darauf, dass Alfvén-Wellen den Sonnenwind erwärmen und beschleunigen können", sagt Jean Perez, ein Plasmaphysiker am Florida Institute of Technology in Melbourne, der nicht an der Studie beteiligt war.

Seit den Anfängen des Weltraumzeitalters, als die ersten robotischen Sonden die Atmosphäre verließen, wissen Wissenschaftler, dass der Sonnenwind - ein Strom geladener Teilchen, der aus der Atmosphäre der Sonne freigesetzt wird - beschleunigt, wenn er ins Sonnensystem hinausbläst. Theoretische Berechnungen zeigen auch, dass die Temperatur des Sonnenwinds abnehmen sollte, während er sich im Raum ausdehnt. Dieser Abfall tritt tatsächlich auf, aber Messungen zeigen, dass er langsamer erfolgt als vorhergesagt.

Beobachtungen von der Erde aus haben zuvor Alfvén-Wellen in der Nähe der Sonne entdeckt. Solche Wellen sind Schwingungen in den magnetischen Feldern des aus der Sonne emittierten Plasmas. Manchmal sind sie so groß, dass sie sich in sogenannten "Schalterbacken" umkehren. Die beobachteten Alfvén-Wellen hatten die richtige Energiemenge, um die beiden langjährigen Kopfkratzer über die Geschwindigkeit und Temperatur des Sonnenwinds zu erklären, aber direkte Beweise fehlten noch.

Dann kamen die Parker Solar Probe und der Solar Orbiter ins Spiel. Ende Februar 2022 passierte Parker eine Region in etwa einem Fünftel der Strecke zwischen der Sonne und Merkur, genau dort, wo diese Schalterbacken-Alfvén-Wellen flattern. Durch Zufall flog der Solar Orbiter etwas weniger als zwei Tage später durch denselben Plasmastrom etwa auf der Umlaufbahn von Venus.

"Diese beiden Raumsonden haben denselben Sonnenwind durchschnitten, was es uns ermöglicht, die Energie dieser Wellen zu quantifizieren", sagt Yeimy Rivera, eine Heliophysikerin am Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik in Cambridge, Mass.

Parker maß den an ihm vorbeifließenden Plasmastrom mit etwa 1,4 Millionen Kilometern pro Stunde, während der Solar Orbiter feststellte, dass er mit 1,8 Millionen km/h dahinraste. Das Plasma am Solar Orbiter hatte auch eine brennende Temperatur von 200.000 Grad Celsius, dreimal heißer als es theoretische Annäherungen hätten sein sollen. Die Alfvén-Wellen hatten in der Zwischenzeit nachgelassen. Diese Abschwächung hätte genau die richtige Menge Energie in den Sonnenwind eingebracht, um die von Solar Orbiter gemessene erhöhte Geschwindigkeit und Temperatur zu erklären, rechnen Rivera und ihre Kollegen aus.

Der Effekt ähnelt dem Flattern der Hand in einem Windkanal, wobei Wellen entstehen, deren Energie sich dann mit der umgebenden Luft vermischt, sagt der Heliophysiker Sam Badman, ebenfalls vom Center for Astrophysics.

Allerdings sind nicht alle völlig überzeugt, dass dieses Rätsel gelöst ist. Einige Wissenschaftler sagen, dass es möglich ist, dass das Team die Komplexität des Sonnenwinds nicht berücksichtigt hat, was bedeutet, dass die beiden Sonden möglicherweise nicht denselben Plasmastrom durchlaufen haben.

Rivera und Badman stimmen zu, dass solche Messungen schwierig sind, sind jedoch der Meinung, dass sie mehrere Kontrollen durchgeführt haben, wie z.B. die genaue Menge an Helium in den Strömen, die die Raumsonden durchlaufen haben, um ihre Beobachtungen zu bestätigen. In Zukunft hoffen die Forscher, ihre Ergebnisse weiter zu bestätigen, indem sie die detaillierte Physik hinter dem Energietransfer zwischen den Alfvén-Wellen und dem Sonnenwind erforschen.