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Der Plasmafluss in der Nähe der Sonnenoberfläche erklärt Sonnenflecken und andere Sonnenphänomene - Phys.org

Auf diesem Bild der Sonnenstrahlung sind Sonnenflecken zu sehen. Jeder Sonnenfleck dauert einige Tage bis einige Monate, und die Gesamtzahl erreicht alle 11 Jahre einen Höchststand. Die dunkleren Flecken begleiten hellweiße Flecken, sogenannte Faculae, die die gesamte Sonnenstrahlung erhöhen. Gutschrift: NASA / Goddard / SORCE              Seit 400 Jahren verfolgen Menschen Sonnenflecken, die wochenlang auf der Sonnenoberfläche auftauchen. Sie haben beobachtet, konnten jedoch nicht erklären, warum die Anzahl der Flecken alle 11 Jahre ihren Höhepunkt erreicht.                                                       Eine Studie der University of Washington, die diesen Monat in der Zeitschrift Physics of Plasmas veröffentlicht wurde, schlägt ein Modell der Plasmabewegung vor, das den 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus und mehrere andere zuvor mysteriöse Eigenschaften der Sonne erklären würde. "Unser Modell unterscheidet sich grundlegend von einem normalen Bild der Sonne", sagte der Erstautor Thomas Jarboe, Professor für Luft- und Raumfahrt an der UW. "Ich glaube wirklich, dass wir die ersten Menschen sind, die Ihnen die Natur und die Quelle von solaren magnetischen Phänomenen erzählen - wie die Sonne funktioniert." Die Autoren erstellten ein Modell, das auf ihrer früheren Arbeit mit der Fusionsenergieforschung basierte. Das Modell zeigt, dass eine dünne Schicht unter der Sonnenoberfläche für viele der von der Erde ausgehenden Merkmale wie Sonnenflecken, magnetische Umkehrungen und Sonnenfluss von entscheidender Bedeutung ist. Dies wird durch Vergleiche mit Sonnenbeobachtungen untermauert. "Die Beobachtungsdaten sind der Schlüssel zur Bestätigung unseres Bildes, wie die Sonne funktioniert", sagte Jarboe. In dem neuen Modell bewegt sich eine dünne Schicht aus magnetischem Fluss und Plasma oder frei schwebenden Elektronen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf verschiedenen Teilen der Sonne. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Strömungen führt zu magnetischen Wendungen, die als magnetische Helizität bezeichnet werden und denen ähneln, die in einigen Fusionsreaktorkonzepten auftreten.                               Das sogenannte "Schmetterlingsdiagramm" zeigt, dass die Sonnenfleckenaktivität weiter vom Äquator der Sonne entfernt beginnt und sich allmählich in Richtung Zentrum bewegt. Der Zyklus wiederholt sich alle 11 Jahre. Bildnachweis: Hathaway 2019 / solarcyclescience.com              "Alle 11 Jahre wächst die Sonne auf dieser Schicht, bis sie zu groß ist, um stabil zu sein, und dann fällt sie ab", sagte Jarboe. Sein Austritt legt die untere Plasmaschicht frei, die sich mit einem umgedrehten Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Wenn sich die Kreise in beiden Hemisphären mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen, erscheinen mehr Sonnenflecken. Wenn die Strecken unterschiedliche Geschwindigkeiten haben, ist die Sonnenfleckenaktivität geringer. Diese Fehlpaarung, so Jarboe, könnte während der Jahrzehnte geringer Sonnenfleckenaktivität stattgefunden haben, die als "Maunder Minimum" bekannt ist. "Wenn sich die beiden Hemisphären mit unterschiedlicher Geschwindigkeit drehen, passen die Sonnenflecken in der Nähe des Äquators nicht zusammen und das Ganze stirbt", sagte Jarboe.                                                                                      "Wissenschaftler hatten gedacht, dass ein Sonnenfleck in 30 Prozent der Sonnentiefe erzeugt wurde und dann in einem verdrehten Plasma-Seil auftauchte, das herausspringt", sagte Jarboe. Stattdessen zeigt sein Modell, dass sich die Sonnenflecken in den "Supergranulaten" befinden, die sich in der dünnen unterirdischen Plasmaschicht bilden, die laut der Studie ungefähr 150 bis 450 Kilometer (100 bis 300 Meilen) dick ist, was einem Bruchteil der 430.000 Sonnenpunkte entspricht -Meilenradius. "Der Sonnenfleck ist eine erstaunliche Sache. Da ist nichts und plötzlich sieht man es blitzschnell", sagte Jarboe.                               In dem in der neuen Veröffentlichung vorgestellten Modell zeigt die rote Linie den Elektronenfluss oder Plasma und die gelbe Linie die Sonnenoberfläche. Das von einem Kreis umschlossene X zeigt das Magnetfeld, wobei das elektromagnetische Feld in der Nähe des Äquators der Sonne am höchsten ist. Mit der Zeit lässt das elektromagnetische Feld an der Oberfläche nach und die äußere Schicht aus Rot löst sich im Weltraum auf, wodurch die innere Schicht freigelegt wird, die in die entgegengesetzte Richtung fließt. Bildnachweis: Jarboe et al./Physics of Plasmas              Die frühere Forschung der Gruppe konzentrierte sich auf Fusionsreaktoren, bei denen sehr hohe Temperaturen ähnlich denen in der Sonne verwendet werden, um Wasserstoffkerne von ihren Elektronen zu trennen. Sowohl in der Sonne als auch in Fusionsreaktoren verschmelzen die Kerne zweier Wasserstoffatome und setzen enorme Energiemengen frei. Der Reaktortyp, auf den sich Jarboe konzentriert hat, ein Spheromak, enthält das Elektronenplasma in einer Kugel, das bewirkt, dass es sich in bestimmten Mustern selbst organisiert. Als Jarboe begann, über die Sonne nachzudenken, sah er Ähnlichkeiten und schuf ein Modell für das, was im Himmelskörper geschehen könnte. "Seit 100 Jahren forschen Menschen daran", sagte Jarboe. "Viele der Features, die wir sehen, liegen unter der Auflösung der Modelle, sodass wir sie nur in Berechnungen finden können." Andere Eigenschaften, die durch die Theorie erklärt würden, seien die Strömung in der Sonne, die Verdrehung, die zu Sonnenflecken führt, und die gesamte magnetische Struktur der Sonne. Das Papier wird wahrscheinlich eine intensive Diskussion provozieren, sagte Jarboe. "Ich hoffe, dass Wissenschaftler ihre Daten in einem neuen Licht betrachten und dass die Forscher, die ihr ganzes Leben lang daran gearbeitet haben, diese Daten zu sammeln, ein neues Werkzeug haben, um zu verstehen, was das alles bedeutet", sagte er.                                                                                                                                                                   Mehr Informationen: T. R. Jarboe et al., Die Natur und Quelle von solaren magnetischen Phänomenen, Physik der Plasmen (2019). DOI: 10.1063 / 1.5087613                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Zitat:                                                  Plasmafluss in der Nähe der Sonnenoberfläche erklärt Sonnenflecken und andere Sonnenphänomene (2019, 19. September)                                                  abgerufen am 20. September 2019                                                  von https://phys.org/news/2019-09-plasma-sun-surface-sunspots-solar.html                                                                                                                                       Dieses Dokument unterliegt dem Urheberrecht. 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