Hinter die Geheimnisse des Sonnenwinds kommen
Sternwinde übernehmen bei der langfristigen Evolution von Sternen eine grundlegende Rolle. Sie beeinflussen zudem die Bewohnbarkeit der sie umkreisenden Planeten, einschließlich der Erde. „Sonnenwinde und -stürme sind zwar für die Schönheit des Nordlichts verantwortlich, sie können jedoch auch unsere Satellitensysteme, Hochspannungsleitungen und Funkübertragungen stören“, berichtet Alexis Rouillard, Forscher am Institut für Astrophysik und Planetologie des CNRS(öffnet in neuem Fenster). Doch wie die Sterne diesen Wind erzeugen – diese Frage beschäftigt weiterhin die Astrophysik. Zur Beantwortung dieser Frage trägt nun das EU-finanzierte Projekt SLOW_SOURCE(öffnet in neuem Fenster) bei. „Mithilfe der Entwicklung numerischer Modelle, mit denen komplexe physikalische Prozesse bei der Entstehung des Sonnenwindes beschreibbar sind, hoffen wir, die Volumeneigenschaften und die eigenartige Zusammensetzung des Winds selbst erklären zu können“, fügt Rouillard, Hauptforscher des Projekts, hinzu. Die Arbeit des Projekts erhielt Unterstützung vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) (ERC).
3D-Modellierung der Ausbreitung des Sonnenwinds
Laut Rouillard liegt der Schlüssel zur Prognose geomagnetischer Stürme in der zuverlässigen Vorhersage des Auftretens und der Größenordnung der Sonnenwinde. „Dazu muss zunächst der Sonnenwind genau modelliert werden, was wiederum ein besseres Verständnis dafür voraussetzt, wie sich der Wind bildet und von der Sonne zur Erde ausbreitet“, erklärt er. Um zu diesem Entstehungspunkt zurückkehren zu können, wurden projektintern verschiedene Modelle zur Simulation der Beschleunigung und Ausbreitung des Windes entwickelt. Ein Modell ist Heliocast(öffnet in neuem Fenster), ein innovatives 3D-Modell der Ausbreitung des Sonnenwinds durch das interplanetare Medium. Die am Projekt Forschenden setzten auch neue Verfahren ein, um koronales Bildmaterial auszuwerten und die inneren Randbedingungen für Heliocast zu definieren. „Dieses bildbasierte Windinitialisierungsverfahren liefert rund um die Uhr operationelle Vorhersagen“, erklärt Rouillard.
Sonnenwind dynamischer als bisher angenommen
Anhand des Modells und der Verfahren gelangen den Forschenden einige wichtige Entdeckungen, darunter die erste in sich schlüssige theoretische Erklärung für den Ursprung transienter Strukturen, d. h. örtlich begrenzter Störungen, die die ansonsten stetige Strömung des Plasmas und das von der Sonne freigesetzte Magnetfeld unterbrechen. „Wir haben eine vollständige theoretische Beschreibung des zyklischen Phänomens geliefert, wobei die Abfolge von Prozessen aufgezeigt wurde, die die Ausdehnung der solaren magnetischen Schleifen und die anschließenden Rekonnektionsprozesse betreffen, die Jets und Flussröhren auslösen, die mit dem Wind gestartet werden“, erläutert Rouillard. Diese Erkenntnis trug zur Erklärung der ersten Messungen der Sonnenkorona durch die Raumsonde Parker Solar Probe(öffnet in neuem Fenster) bei, aus denen bei wissenschaftlichen Untersuchungen geschlussfolgert wurde, dass der Sonnenwind viel dynamischer als bisher angenommen ist.
Unglaubliches Abenteuer im Herzen der Sonnenatmosphäre
Neben den wissenschaftlichen Entdeckungen lieferte das Projektteam außerdem eine Vielzahl neuer Datenanalyseverfahren und numerischer Modelle für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Tatsächlich nutzt der Weltraumwetterdienst(öffnet in neuem Fenster) der Europäischen Weltraumorganisation(öffnet in neuem Fenster) (ESA) bereits diese Modelle, um Sonnenwinde und Stürme vorherzusagen. Zudem werden die Modelle gegenwärtig mit Europas virtuellem Zentrum für Weltraumwettermodellierung(öffnet in neuem Fenster) verknüpft. „Die Projektarbeit mündete in einem unglaublichen Abenteuer direkt im Herzen der Sonnenatmosphäre“, fasst Rouillard zusammen. „Dadurch, dass wir die volle Komplexität und die wahre Dynamik dieses stellaren Phänomens enthüllen, tragen unsere Entdeckungen dazu bei, die Geschichte des Sonnenwindes neu zu schreiben.“ Das Projektteam hat mehr als 25 Artikel(öffnet in neuem Fenster) in führenden wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht. Rouillard hofft außerdem, die SLOW_SOURCE-Modelle und -Instrumente bei der weiterführenden Untersuchung anderer Sternatmosphären nutzen zu können.
