Der Verfall des Sonnenfleckenpaars erläutert Eigenschaften nahegelegener bewegter magnetischer Merkmale.

30. Januar 2024 Feature

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von David Appell, Phys.org

Wissenschaftler, die Sonnenflecken untersuchen, haben wichtige Hinweise über magnetische Merkmale in ihrem Zerfall gefunden, die dazu beitragen werden, die Evolution und den wahren Ursprung dieser mysteriösen magnetischen Phänomene zu verstehen. Die Ergebnisse werden in The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Das Verständnis von Sonnenflecken ist entscheidend, um den Sonnenzyklus zu verstehen, die etwa 11-jährige periodische Veränderung, die die Energieabgabe der Sonne und die Häufigkeit und Intensität von Sonneneruptionen beeinflusst, die Satelliten und Stromnetze auf der Erde negativ beeinträchtigen können. (Der Sonnenzyklus kann zwischen acht und 14 Jahre lang sein.)

Sonnenflecken wirken aus der Ferne recht einfach, sind jedoch komplexe Gebiete, in denen Licht von der Sonne durch verwundene Magnetfelder gefangen wird. Es handelt sich um vorübergehende Regionen mit reduzierter Temperatur, die als dunkle Flecken auf der Oberfläche der Sonne erscheinen, in denen eingeschränkter magnetischer Fluss die Konvektion unterdrückt, die die innere Hitze der Sonne an die Oberfläche bringt. Ein Sonnenfleck entspricht in etwa der Größe der Erde und tritt oft paarweise auf.

Der Zerfall von Sonnenflecken ist ebenfalls nicht gut verstanden. Die zentrale Umbra eines Sonnenflecks ist dunkel und hat die stärksten magnetischen Felder; die umgebende Penumbra, die mehrere Sonnenflecken umgeben kann, ist heller (aber immer noch dunkler als die Sonne) und besteht aus länglichen Regionen, die als penumbral filaments bezeichnet werden.

Voll entwickelte Sonnenflecken sind von granularen Konvektionsgebieten umgeben, und daraus können supergranulen namens Gräbengewebezellen entstehen, die größtenteils nichtmagnetische ringförmige Regionen sind. Die Gräbengewebezellen erstrecken sich 10 bis 20 Millionen Meter über die Grenze der Sonnenfleckpenumbra hinaus.

In der Gräbengewebezelle befindet sich die Gräbenströmung, ein langsamer, radial nach außen gerichteter Plasmafluss, der sich von der Mitte der Sonne, also vom Sonnenfleck, wegbewegt. Innerhalb dieser Bewegungen befinden sich kleine, bewegliche Magnetmerkmale (MMFs), die sich vom Sonnenfleck wegbewegen und von den magnetischen Feldern in der Sonnenfleckpenumbra abhängen.

Wissenschaftler aus China beobachteten sieben Tage lang im Jahr 2022 zwei benachbarte Sonnenflecken, wobei Daten von Helioseismic and Magnetic Imager an Bord des Solar Dynamics Observatory (gestartet 2010) verwendet wurden. Das Hauptaugenmerk lag auf der Beziehung zwischen dem magnetischen Flusszerfall der beiden Sonnenflecken und dem Transport des magnetischen Flusses durch MMFs. ('Magnetischer Fluss' kann als Ab- oder Zufluss von magnetischen Feldlinien durch einen begrenzten Bereich betrachtet werden.)

Die Sonnenflecken drehten sich in den ersten fünf Tagen gegen den Uhrzeigersinn um etwa 13 Grad pro Tag, dann stoppte die Rotation. Durch Bestimmung der Grenzen der Umbra und Penumbr durch Veränderungen der solaren Intensität im Vergleich zum Durchschnitt der ruhigen Sonnenregion beobachteten sie horizontale Geschwindigkeitsfelder des Plasmas, woraus sich dann Schätzungen des magnetischen Flusses der MMFs ergaben.

Die Sonnenflecken im Paar verringerten sich jeweils um etwa 15 Millionen km2 pro Tag, was einer Fläche von etwa der Größe der Antarktis entspricht. Entsprechend beträgt die Abnahme des magnetischen Flusses durch den Sonnenfleck eine Größenordnung von 1020 Maxwell pro Tag, wobei ein Maxwell (Mx) die Einheit des magnetischen Flusses ist und einem Gauss pro cm2 entspricht. (Das Magnetfeld der Erde beträgt, obwohl es schwankt, etwa 0,2 bis 0,6 Gauss.)

Darin hatten MMFs, die kleinen magnetischen Volumen, die sich radial von ihrem Sonnenfleck wegbewegen, eine Größe von etwa 2 Bogensekunden wie von der Erde aus gesehen und bewegen sich mit etwa 400 Metern pro Sekunde.

Die Beziehung zwischen dem Verlust des magnetischen Flusses eines zerfallenden Sonnenflecks und MMFs ist immer noch mysteriös. Aber die hier gemessenen quantitativen Parameter zeigen, dass 'die Bildung von beweglichen magnetischen Merkmalen von der penumbralen magnetischen Feldern abhängt', sagten Yang Peng und Zhike Xue per E-Mail. Sie sind Autoren des Yunnan Observatoriums der Chinesischen Akademie der Wissenschaften bzw. der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

'Unsere Ergebnisse zeigen, dass auch in der penumbra-freien Region eine große Anzahl von MMFs erzeugt wird und die vertikalen MMFs (MMFs, deren magnetisches Feld vertikal ist) in dieser Region im Vergleich zur Umgebung der Penumbra stark zugenommen haben, was eng mit der nackten Umbra im Granulom zusammenhängt.'

Diese Beobachtungen legen nahe, dass diese MMFs mit vertikalen magnetischen Feldern eng mit dem Zerfall des Sonnenflecks verbunden sind und die meisten MMFs aus der Lücke zwischen den beiden Sonnenflecken direkt aus der Sonnenfleckumbra stammen können.

'Die Ergebnisse liefern mögliche Hinweise auf den wahren Ursprung von MMFs', sagten Peng und Xue.

Journal information: Astrophysical Journal

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