Die Temperatur der Sonne, die in ihrem Kern etwa 15 Millionen Grad Celsius erreicht, nimmt mit der Entfernung vom Kern stetig ab und sinkt an ihrer „Oberfläche“ auf 6000°C. Logischerweise müsste sie daher in der Atmosphäre weiter sinken. Stattdessen steigt sie in der Chromosphäre auf etwa 10.000 °C und in der Korona auf über eine Million Grad Celsius. Welche Energiequelle kann also die Atmosphäre aufheizen und sie auf so hohen Temperaturen halten? Diese Frage beschäftigte die Astrophysiker etwa ein Jahrhundert lang, zumal sie mit dem Ursprung des Sonnenwindes zusammenhängt, der auf die Erde einwirkt.
Obgleich es kaum Zweifel daran gab, dass ein Teil der Energie aus dem Sonneninneren die äußeren Schichten erreicht, blieb der genaue Mechanismus ein Rätsel. Die Forscher konzentrierten sich auf das Magnetfeld in kleinem Maßstab, das, abgesehen von den Sonnenflecken, ein „salziges und pfeffriges“ Aussehen hat.
Mit Hilfe von leistungsstarken numerischen Modellen, die auf Computern des Centre de Physique Théorique (CNRS/École Polytechnique) und des GENCI am IDRIS-CNRS laufen, führte das Team eine mehrstündige Simulation durch, die auf einem Modell mit mehreren Schichten basiert, von denen eine im Inneren der Sonne und die anderen in ihrer Atmosphäre liegen. Die Forscher stellten fest, dass sich die dünne Schicht unter der Sonnenoberfläche eher wie eine flache Pfanne mit kochendem Plasma verhält, das von unten aufgeheizt wird und „Blasen“ bildet, die mit Körnchen verbunden sind. Diese kochende Plasmasuppe erzeugt einen Dynamo-Prozess, der das Magnetfeld verstärkt und aufrechterhält. Wenn das Feld von der Oberfläche aufsteigt, nimmt es ein salziges und pfeffriges Aussehen an und bildet Konzentrationen, die als „Mesospots“ bezeichnet werden, die größer, weniger zahlreich und beständiger sind, was alles mit den Beobachtungen übereinstimmt.
Die Wissenschaftler entdeckten auch, dass um die solaren Mesospots herum eine Struktur auftritt, die einem Mangrovenwald ähnelt: verschlungene „chromosphärische Wurzeln“ tauchen in die Räume zwischen den Körnchen ein und umgeben „magnetische Baumstämme“, die zur Korona hin aufsteigen und mit dem Magnetfeld im größeren Maßstab verbunden sind.
Die Berechnungen der Forscher zeigen, dass die Erwärmung der Atmosphäre in der Chromosphäre aus zahlreichen Mikroausbrüchen in den Mangrovenwurzeln resultiert, die im Takt mit den „Blasen“ des kochenden Plasmas starken elektrischen Strom führen. Sie entdeckten auch, dass in der Nähe der Mesospots größere, aber weniger zahlreiche eruptive Ereignisse stattfinden, die jedoch nicht in der Lage sind, die obere Korona in größerem Umfang zu erwärmen.
Dieser eruptive Prozess erzeugt „magnetische“ Wellen entlang der Baumstämme, ähnlich wie Schall, der sich entlang einer gezupften Saite bewegt. Diese Wellen transportieren dann Energie in die obere Korona, die durch ihre fortschreitende Dissipation aufgeheizt wird. Die Berechnungen der Wissenschaftler zeigen auch, dass die ausgestoßene Materie, wenn sie zur Oberfläche zurückfällt, Tornados bildet, die tatsächlich beobachtet wurden. Dünne Plasmastrahlen in der Nähe der Baumstämme werden ebenfalls erzeugt und stehen in Verbindung mit den kürzlich entdeckten Spicules. All diese Phänomene, die einzeln festgestellt, aber nicht erklärt wurden, bilden verschiedene Energiekanäle, die vom kochenden Plasma erzeugt werden, und nicht die bisher postulierte einzige Quelle.
Die Forscher fanden heraus, dass die Energieflüsse ihrer Mechanismen mit denen übereinstimmen, die in allen Studien zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Plasmas in der Sonnenatmosphäre erforderlich sind, nämlich 4.500 W/m2 in der Chromosphäre und 300 W/m2 in der Korona.
Hinweise:
1 Die Magnetfeldlinien sind wie Wurzeln und Äste aufgebaut.
2 Plasma, oft als vierter Aggregatzustand bezeichnet, stellt hier eine elektrisch leitende Flüssigkeit dar.
3 Spicule: ein dünner Materiestrahl, der aus der Chromosphäre austritt und in die Korona eintritt.