Die dunklen Stellen der Sonne

Mit dem Sonnenteleskop GREGOR lassen sich Magnetfelder und Strömungen auf der Sonne mit bisher unerreichter Genauigkeit messen. Erste Ergebnisse liegen jetzt vor. Die Sonne bietet zu Zeiten starker magnetischer Aktivität ein imposantes Schauspiel aus heftigen Eruptionen, veränderlichen Sonnenflecken und starken Magnetfeldern. Es gibt aber auch Zeiten, da erscheint die Sonnenoberfläche geradezu langweilig, mit einem fast regelmäßigen Muster von sogenannten Granulen überzogen. In diesen 'ruhigen' Gebieten findet sich ebenfalls Magnetfeld, allerdings sehr schwach ausgeprägt und daher schwierig zu messen. Forscher des Kiepenheuer-Instituts für Sonnenphysik nutzten das im Jahr 2012 eingeweihte Sonnenteleskop GREGOR, um Sonnenflecken und deren fein ziselierte Strukturierung mit bisher unerreichter Genauigkeit zu untersuchen. Diesen und weiteren ersten GREGOR-Ergebnissen widmet die Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics heute eine Sonderausgabe mit insgesamt neun Artikeln.

Bild eines Sonnenfleckes mit GREGOR. Durch die hohe räumliche Auflösung wird die reichhaltige Feinstruktur sichtbar. Neu entdeckte Details in den "Lichtbrücken", die als helle Bänder quer durch den Sonnenfleck gehen, weisen darauf hin, wie der Wärmetransport darin von statten geht. Das Bild zeigt einen Ausschnitt auf der Sonne von 18000 km mal 18000 km. Die Seitenlänge dieses Bildes ist damit ca. 50% länger als der Erddurchmesser mit ca. 12700 km.

Mit GREGOR kann nun das Magnetfeld in den tiefsten Atmosphärenschichten der Sonne bei hoher räumlicher und spektraler Auflösung gemessen werden. Bei diesen Messungen in der Penumbra eines Sonnenfleckes zeigt sich, dass das Magnetfeld überall mindestens 500 Gauß stark ist. Hiermit ist es möglich ein bestimmtes Modell, das für die Penumbra vorgeschlagen wurde, auszuschließen. Ein anderes Modell hingegen wird durch diese Messung bestätigt.

Das neue GREGOR Teleskop mit einer Öffnung von 1,5 m steht am Fuße des Pico del Teide auf 2400 m Höhe in Teneriffa.

Das GREGOR-Teleskop ist im zweiten Gebäude von rechts und befindet sich auf dem Gelände des 'Observatorio del Teide' in Teneriffa, das eine Vielzahl von Teleskopen für die Beobachtung der Sonne und des Nachthimmels beherbergt.

Sonnenflecken sind beileibe nicht nur "dunkle Punkte auf der Sonne", wie sie Galilei vor über 400 Jahren erstmals gesehen hatte. Sie weisen im Gegenteil eine reiche Strukturierung auf, die man im Detail nur mit einem Teleskop wie GREGOR untersuchen kann. Diese Aufgabe hatten sich Forscher des Kiepenheuer-Instituts vorgenommen, mit erstaunlichem Befund: die als Lichtbrücken bekannten hellen Bänder, die manche Sonnenflecken durchziehen, zeigen ein eigenes, sehr kleinskaliges Muster, das auf Plasmabewegungen hinweist, die man in dieser Form nicht erwartet hatte. In zwei weiteren Fachartikeln, die heute veröffentlicht werden, geht es um die Feinstruktur des Magnetfelds. Durch dessen Neigung ist der äußere Ring eines Sonnenfleckes, die Penumbra, von radialen Filamenten geprägt. Die Wissenschaftler des Kiepenheuer-Instituts konnten sich mithilfe der neuartigen GREGOR-Daten mit der Frage befassen, wie die Feldlinien des Magnetfelds in den äußeren Bereichen von Sonnenflecken orientiert sind, und wie stark die schwächsten Magnetfelder dort mindestens sein müssen. Mit diesen neuen Messungen können bestimmte Modellvorstellungen falsifiziert werden. Hierdurch wird ein seit vielen Jahren anhaltender wissenschaftlicher Disput geklärt.

Abseits der Flecken gleicht die Sonnenoberfläche einem Topf mit blubbernd kochendem Wasser. Heißes Plasma steigt aus der Tiefe auf, kühlt sich ab und sinkt wieder hinab. Dies führt zu einem Muster von hellen Blasen mit dunklen Rändern, den sogenannten Granulen. Auch diese 'ruhige' Sonne weist ein schwaches Magnetfeld auf, das allerdings schwer zu messen ist, weil es nicht nur schwach ist, sondern auch sehr kleinskalig. Mit GREGOR sind solche Messungen gelungen, mit besserer Empfindlichkeit als je zuvor. Mit diesem Thema befassen sich einige der heute veröffentlichten Fachartikel.

GREGOR ist Europas größtes Sonnenteleskop und zählt zu den leistungsfähigsten der Welt. Neben dem großen Hauptspiegel punktet GREGOR durch eine adaptive Optik, welche störende Einflüsse von Turbulenzen in der Erdatmosphäre blitzschnell ausgleicht. Vor vier Jahren wurde GREGOR offiziell eingeweiht. Nach einer Phase technischer Beobachtungen begannen 2014 die ersten wissenschaftlichen Messkampagnen. 

Das Sonnenteleskop GREGOR ist Teil des Observatoriums del Teide auf Teneriffa. Es wird geleitet vom Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg. Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen und das Leibniz Institut für Astrophysik in Potsdam sind zu je 20 Prozent am Betrieb des Teleskops beteiligt.

Kontakt:
Prof. Dr. Wolfgang Schmidt
wolfgang.schmidt@leibniz-kis.de
Tel. 0761-3198-162

 

Links:
Editorial von A&A
A&A Press Release 30.11.2016
GREGOR-Seite auf KIS-Homepage

Originalveröffentlichungen:

R. Schlichenmaier et al.: Active region fine structure observed at 0.08 arcsec resolution,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628561

J.M. Borrero et al.: Deep probing of the photospheric sunspot penumbra: no evidence for magnetic field-free gaps,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628313

M. Franz et al.: Magnetic fields of opposite polarity in sunspot penumbrae,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628407

A. Lagg et al.: Probing deep photospheric layers of the quiet Sun with high magnetic sensitivity,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628489

J. Joshi et al.:  Upper chromospheric magnetic fields of a sunspot penumbra: observations of fine structure,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201629214

M. Sobotka et al.: Slipping reconnection in a solar flare observed in high resolution with the GREGOR solar telescope,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201527966

M. Verma et al.: Horizontal flow fields in and around a small active region. The transition period between flux emergence and decay,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628380

M. J. Martínez González et al.: Inference of magnetic fields in the very quiet Sun,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628449
 
T. Felipe et al.: Three-dimensional structure of a sunspot light bridge,
Astronomy & Astrophysics, 30. November 2016,
DOI: dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201629586