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Rätselhafte Sonnenwinde : Die Sonne im Glas

  • -Aktualisiert am

Wenn die Sonne besonders aktiv ist, werden auch große Mengen an Sonnenwind ins All geschleudert. Bild: reuters

Mit einer Plasmakammer ahmen Forscher das Magnetfeld der Sonne im Labor nach und lüften damit Geheimnisse um die rätselhaften Sonnenwinde.

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          Die Sonne strahlt nicht nur Licht aus und schafft so lebensfreundliche Bedingungen auf der Erde, sie schleudert auch ununterbrochen ein Gemisch aus Protonen und Elektronen ins All und verliert dadurch pro Sekunde etwa eine Million Tonnen an Masse. Dieses Plasma, Sonnenwind genannt, gibt noch immer Rätsel auf. Eine Gruppe von Physikern der Universität Wisconsin-Madison ist es nun gelungen, eine bestimmte Form des Sonnenwindes im Labor nachzubilden.

          Sonnenwinde beeinflussen die uns umgebende Heliosphäre grundlegend. Der Strom von Teilchen nagt nicht nur an Kometen, die dadurch ihren typischen Schweif bilden; da Sonnenwinde wie jedes Plasma elektrisch leitfähig sind, verformen sie auch das Magnetfeld der Sonne. Ohne sie wäre dies ein einfaches Dipolfeld. Doch das Plasma, das von der rotierenden Sonne wie ein Wassersprinkler weggeschleudert wird, verzerrt die Feldlinien des Magnetfeldes zu einer Spirale, der „Parkerspirale“, und bläht es weit auf. Die heliosphärische Stromschicht, die das nördliche und südliche solare Magnetfeld trennt, erhält so die Form eines mal mehr, mal weniger aufgebauschten Ballerinarocks.

          In dieser Plasmakammer – Big Red Ball genannt – simulieren Physiker die Entstehung der Sonnenwinde im Labormaßstab.

          Die Plasmarülpser der Laborsonne

          Um die Verformungen des Magnetfelds und deren Auswirkungen zu untersuchen, waren bisher Raumfahrtmissionen wie die der Raumsonde Ulysses notwendig. Die Forscher um Ethan Peterson bauten nun das solare Magnetfeld im Labor in einer Kugel nach. In diesem vielseitigen, drei Meter großen „Big Red Ball“ können Experimente mit Plasma durchgeführt werden. Wie sie in der Zeitschrift „Nature Physics“ (doi: 10.1038/s41567- 019-0592-7) berichten, plazierten sie einen Dipolmagneten in einer Plasmaatmosphäre aus ionisiertem Helium, erzeugten mit Hilfe von elektrischem Strom ein Drehmoment im Plasma und brachten es so zum Rotieren. Von einer bestimmten Geschwindigkeit an brach das Plasma aus der Sphäre das Dipolmagneten aus und verzerrte das Magnetfeld, ähnlich wie im Fall der Sonne, zu einer Parkerspirale.

          Obwohl sich die „Laborsonne“ in vielerlei Hinsicht von unserem 1,4 Millionen Kilometer großen Stern unterscheidet, können die Forscher mit ihrem Modell die Struktur des solaren Magnetfelds und dessen Zusammenspiel mit dem langsamen Anteil der Sonnenwinde gut simulieren. So konnten sie zeigen, woher kleinere Eruptionen von Plasma, die „Plasmarülpser“, stammen, die den Sonnenwind speisen: Im Big Red Ball war zu sehen, wie sich das Magnetfeld bei hoher Geschwindigkeit des Plasmas so stark verzerrte, dass sich Plasmablasen bildeten. Ethan Peterson, Leiter der Studie, schreibt: „Diese Ausstöße wurden schon von Satelliten beobachtet, aber niemand wusste bisher, was sie antreibt. Wir konnten in unserem Experiment nun sehr ähnliche Rülpser beobachten und aufzeigen, wie sie entstehen.“ So soll die Laborsonne weiteren ungeklärten Phänomenen rund um die Sonnenwinde auf den Grund gehen.

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