GREGOR liefert mehrdimensionale „Datenwürfel“

An GREGOR, dem größten Sonnenteleskop Europas, wurde ein weiteres wichtiges Zusatzinstrument in Betrieb genommen: Der Spaltscanner. Zwar liefert GREGORs Spektrograph GRIS (GRegor Infrared Spectrograph) sehr hoch aufgelöste Spektren der Sonne, aber der Eingangsspalt des Spektrographen schneidet nur einen schmalen Streifen von ca. 200 km Breite und ca. 50.000 km Länge aus der Sonnenoberfläche aus. Das heißt die Information ist räumlich eindimensional.

In einer ersten Testmessung wurde ein Sonnenfleck 'abgescannt', und zwar in dem Wellenlängenregime der neutralen Eisenlinie bei 1564.8 nm. Die fünf Teilbilder zeigen von links nach rechts: (B1) Das Intensitätspektrum der Eisenlinie bei 1564.8 nm, (B2) eine Intensitätskarte des gescannten Bereiches, zusammengesetzt aus allen Spaltpositionen. Die vertikale schwarze Linie zeigt die Spaltposition des in (B1) gezeigten Spektrums. Im Spektrum sieht man deutlich die Aufspaltung der Linie in den magnetischen Bereichen des Fleckes. In der Umbra ist die Aufspaltung am größten, d.h. hier ist das Magnetfeld am stärksten. Die Bilder (B3), (B4), und (B5) zeigen Karten der beiden linearen Polarisationsrichtungen des Lichtes und des zirkular polarisierten Lichtes. Aus den Polarisationskarten lassen sich neben der Magnetfeldstärke auch die Magnetfeldneigung an jedem Bildpunkt ermitteln. Aus den Dopplerverschiebungen der Linie kann das Geschwingkeitsfeld im Sonnenfleck bestimmt werden.

Mit dem neuen Mechanismus lässt sich der Spalt nun präzise verschieben. Schritt für Schritt lässt sich ein zweidimensionales Bild aufbauen. Und für jede Spaltposition kann die volle spektrale Auflösung des Spektrographen ausgenutzt werden. Als Resultat ergibt sich für jeden Bildpunkt ein spektral hoch aufgelöstes Spektrum der Intensität, des linearen Polarisationsgrades in den 2 Richtungen, und des zirkularen Polarisationsgrades.

Jede dieser vier Messgrößen liegt also als Funktion von zwei Ortskoordinaten und der Wellenlänge vor. Ein solcher Messsatz wird „data cube“ genannt. GRIS liefert also 4 data cubes, je einen für die Intensität und die drei Polarisationszustände. Wiederholt man die Messung und verfolgt die Messgrößen als Funktion der Zeit so ergibt sich die Möglichkeit, die Dynamik des solaren Plasmas und Magnetfeldes im Detail zu studieren. Und dafür wurde GREGOR schließlich gebaut.

Der spektropolarimetrische Datenwürfel hat eine räumliche Auflösung von 0.4 Bogensekunden, bisher unerreicht bei der verwendeten Wellenlänge von 1564.8 nm.  Da die verwendete Spektrallinie in sehr tiefen Schichten der Photosphäre entsteht, können erstmals die magnetohydrodynamischen Prozesse studiert werden, die verantwortlich sind für die kleinskalige Struktur in Sonnenflecken.

 (Text und Bild: Rolf Schlichenmaier und Dirk Soltau)