Auf der Sonne regnet es – allerdings nicht Wasser, sondern glühend heißes Plasma. Dieses sogenannte „solare Regenwetter“ ist ein faszinierendes Phänomen, das sich in der äußeren Atmosphäre der Sonne, der Korona, abspielt. Dabei stürzen kühlere, dichtere Plasmablasen aus großer Höhe zurück zur Sonnenoberfläche. Warum dieser Prozess besonders während Sonneneruptionen so schnell abläuft, war lange ein Rätsel. Nun wollen Forschende der Universität Hawaiʻi eine Antwort gefunden haben.
Elemente in Bewegung: Ein neuer Blick auf die Sonnenkorona
Wie das Wissenschaftsportal NewAtlas berichtet, hätten bisherige Modelle zur Sonnenphysik angenommen, dass die chemische Zusammensetzung der Korona überall gleich bleibe. Diese Vereinfachung sei jedoch problematisch, da die Strahlungskühlung – also der Energieverlust durch abgestrahlte Wärme – stark davon abhänge, welche Elemente in welcher Konzentration vorhanden seien. Besonders bei schnellen Prozessen wie dem solaren Regen führe diese Annahme zu ungenauen Ergebnissen.
Die Forschenden um den Nachwuchswissenschaftler Luke Benavitz hätten deshalb das Simulationsprogramm HYDRAD überarbeitet. Dieses Modell simuliert, wie sich Plasma entlang magnetischer Feldlinien der Sonne bewegt – vergleichbar mit Verkehr auf einer kosmischen Autobahn. Neu sei, dass HYDRAD nun auch Veränderungen in der Elementverteilung berücksichtige, insbesondere bei Elementen mit niedriger Ionisationsenergie, sogenannten Low-FIP-Elementen. Diese seien besonders aktiv in der Sonnenatmosphäre.
Wie Sonnenregen entsteht – laut Simulation
In der neuen Version des Modells hätten die Forschenden eine Gleichung ergänzt, die die Bewegung dieser Low-FIP-Elemente verfolgt. Vergleiche mit realen Beobachtungen hätten gezeigt, dass das verbesserte Modell den solaren Regen nun deutlich besser abbilden könne. Wie NewAtlas weiter berichtet, beschreibe das Modell folgenden Ablauf: Heiße Plasmamassen steigen durch sogenannte chromosphärische Verdampfung auf und fließen entlang magnetischer Bögen in der Korona. Während sich die Elementverteilung entlang des Bogens verändert, kommt es an dessen Spitze zu einer Anreicherung bestimmter Elemente. Diese erhöhe den Strahlungsverlust, wodurch das Plasma dort rasch abkühle und kondensiere – der Sonnenregen sei die Folge.
Beobachtungen bestätigen Modellvorhersagen
Unterstützung finde das Modell auch durch Daten des japanischen Satelliten Hinode. Dieser habe gezeigt, dass der Sonnenregen eine andere chemische Signatur aufweise als das ihn umgebende heiße Plasma. Während das Regenplasma eine Zusammensetzung wie die Sonnenoberfläche zeige (etwa im Verhältnis von Silizium zu Schwefel), entspreche das umgebende Plasma eher der Korona (etwa im Verhältnis von Kalzium zu Argon). Diese Unterschiede deckten sich mit den Vorhersagen des neuen Modells.
Co-Autor Jeffrey Reep erklärte laut NewAtlas, dass die neuen Erkenntnisse auch Auswirkungen auf das Verständnis der Sonnenheizung hätten. Da man den eigentlichen Heizprozess nicht direkt beobachten könne, nutze man die Abkühlung als indirekten Hinweis. Wenn jedoch bisherige Modelle die Elementverteilung falsch behandelt hätten, sei die Dauer der Abkühlung womöglich überschätzt worden. Das könne bedeuten, dass bestehende Theorien zur Sonnenheizung überdacht werden müssten.
Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachjournal The Astrophysical Journal veröffentlicht.