Korrigierte Sonnenflecken-Aufzeichnungen zeigen, dass das Maunder-Minimum nicht abrupt endete

20. August 2024

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von David Appell, Phys.org

Wie genau sind vergangene Aufzeichnungen von Sonnenflecken? In einer neuen Studie, die im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, untersuchte ein Team multinationaler Forscher die historische Aufzeichnung und fand heraus, dass nach der ungewöhnlichen Periode fast ohne Sonnenflecken, die als Maunder-Minimum bezeichnet wird, der Übergang zu einer normaleren Anzahl von Sonnenflecken bei weitem nicht so abrupt war, wie man bisher angenommen hatte.

Die Ergebnisse haben Auswirkungen auf das Verständnis des solaren Dynamos, der physikalischen Prozesse in der Sonne, die ihr magnetisches Feld erzeugen, sowie den Einfluss der Sonne auf die Erde.

Sonnenflecken, dunkle Flecken auf der hellen Oberfläche der Sonne, sind für Wissenschaftler als Proxy für die inneren Prozesse der Sonne und deren Ausgang nützlich. Astronomen begannen bereits im Jahr 165 v. Chr. mit der Aufzeichnung von Sonnenfleckenzahlen, wenn auch mit Lücken im Mittelalter und im 15. Jahrhundert. Systematische Zählungen von Sonnenflecken durch Teleskope begannen im 16. Jahrhundert, und das Solar Influences Data Analysis Center am Königlichen Observatorium von Belgien führt seit 1749 eine Aufzeichnung der monatlichen durchschnittlichen täglichen Sonnenfleckenzahlen.

Sonnenflecken sind nützlich zur Vorhersage von Weltraumwetter, Bedingungen in der Ionosphäre, des solaren Dynamos (der physikalischen Prozesse in der Sonne, die ihr magnetisches Feld erzeugen) und als Proxy für die solare Ausgabe, die wiederum bestimmt, wie viel Energie des Sonnenlichts die obere Atmosphäre der Erde erreicht, was die Oberflächentemperaturen auf der Erde und die globale Erwärmung beeinflussen kann.

Eine der interessantesten Epochen in der Geschichte der Sonnenflecken war das große solare Minimum namens Maunder-Minimum, eine Periode von 1645 bis 1715 n. Chr., in der ein seltenes Fehlen von Sonnenflecken beobachtet wurde, wobei die Anzahl zu einigen Zeiten nur 0,1% der heutigen Werte betrug.

Früher wurde angenommen, dass das Maunder-Minimum mit der Kleinen Eiszeit (LIA) zusammenhängt, einer kühlen Periode in einigen Teilen der Nordhalbkugel, die vom frühen 14. Jahrhundert bis Mitte des 19. Jahrhunderts auftrat, aber in den letzten Jahren haben Wissenschaftler die Ursache der LIA hauptsächlich in vulkanischer Aktivität im 13. Jahrhundert gefunden.

Die Sonnenfleckenaktivität kehrte danach zum 'Normalzustand' zurück. In der Ära der Teleskope wurde nichts Vergleichbares wie das Maunder-Minimum beobachtet, nicht einmal das Dalton-Minimum von etwa 1790 bis 1830.

'Wir stellten fest, dass die Erholung der solaren Aktivität nach dem Maunder-Minimum möglicherweise allmählicher und weniger intensiv war als bisher angenommen', sagte Victor Carrasco, der Hauptautor und wissenschaftliche Mitarbeiter an der Universidad de Extremadura in Badajoz, Spanien. 'Vor unserer Studie wurde angenommen, dass der Übergang vom Ende des Maunder-Minimums zur Periode der 'normalen' solaren Aktivität abrupt war. Dieser Befund hat wichtige Auswirkungen auf solare Dynamomodelle.'

Die Gruppe überprüfte die Datensätze von Sonnenfleckenbeobachtern aus dieser Zeit, darunter deutsche Astronomen Johann L. Rost und Sebastian Alischer, im Zeitraum von 1716 bis 1726. Viele dieser alten Aufzeichnungen wurden von nachfolgenden Beobachtern in Datenbanken übernommen, von denen viele jetzt online verfügbar sind.

Bei der genauen Untersuchung dieser Aufzeichnungen und anderer, einschließlich Zeichnungen der Sonnenoberfläche von Johann Christoph Müller, vermuteten sie sofort, dass die von Rost aufgezeichneten Werte anscheinend ungeordnet waren. Insbesondere glaubten sie, dass Rost, der die meisten Aufzeichnungen verfasste, möglicherweise Zählungen von einzelnen Sonnenflecken mit Zählungen von Sonnenfleckengruppen verwechselt hatte.

Sonnenfleckengruppen sind einzelne Einheiten, die mehrere nahe beieinander liegende Sonnenflecken enthalten; sie sind einfacher zu erkennen, wodurch weniger übersehen würden. Die Rost-Aufzeichnung hatte auch die meisten Sonnenflecken in der südlichen Hemisphäre der Sonne.

Rost hatte sowohl Texteinträge in seinen Aufzeichnungen gemacht, in denen er die von ihm beobachteten Sonnenflecken nummerierte und auflistete, als auch Diagramme, die deren Positionen auf der Sonnenscheibe anzeigten. Bei der Durchführung einer neuen Zählung von Sonnenfleckengruppen definierte das Team Sonnenfleckengruppen, wo Rost eine Ansammlung von Sonnenflecken beschrieben hatte – keine einfache Aufgabe, da Rost nicht immer die Abstände jeder Sonnenfleckgruppe klar angab.

Sie fanden signifikante Unterschiede. Der erste Sonnenzyklus nach dem Maunder-Minimum hatte beispielsweise eine maximale Anzahl von Sonnenfleckengruppen von 12, im Vergleich zu früheren Studien. Die Form dieses Zyklus wurde deutlicher, mit einer aufsteigenden Phase, die 1719–1720 eine maximale Anzahl von Gruppen erreichte, gefolgt von einer absteigenden Phase um 1724 und einer erneuten aufsteigenden Phase des neuen Sonnenzyklus.

Es gelang ihnen sogar, eine größere Anzahl von Beobachtungstagen zu zählen als Rost und Alischer, da die von beiden bereitgestellten Informationen verwendet wurden, um festzustellen, dass Sonnenflecken existierten, auch wenn die genaue Gruppenzahl unbestimmt war. Und sie stellten fest, dass die hemisphärische Symmetrie wiederhergestellt war.

Warum sind solche Details wichtig? 'Die Sonnendynamo-Modelle berücksichtigen 'Unterbrechungen' in der Sonnenaktivität, was bedeutet, dass es Zeiten mit stark unterdrückter Aktivität gibt, die zufällig mit Intervallen von 'normaler' zyklischer Aktivität durchsetzt sind,' erklärte Carrasco. 'Das Maunder Minimum wird oft als Beispiel für solche ruhigen Perioden genannt. Unsere Ergebnisse ändern die Vorstellungen davon, wie sich die Sonnenaktivität während dieser Übergänge verhält, und verbessern unser Verständnis ihres langfristigen Verhaltens.'

Die Gruppe hofft, dass diese Arbeit die Forschung der Solarmodellierer verbessert und dass andere ebenso motiviert sind, Sonnenflecken-Aufzeichnungen aufzudecken, die noch nicht in den Datenbanken enthalten sind, insbesondere im 18. Jahrhundert, als die Beobachtungsabdeckung in einigen Zeiträumen recht gering war.

Weitere Informationen: V. M. S. Carrasco et al, Understanding Solar Activity after the Maunder Minimum: Sunspot Records by Rost and Alischer, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad3fb9

Journal-Information: Astrophysical Journal

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