zu "Koronaheizung" aus Astronomie Aktuell 5/99

[Herwig, Rostock]

Hallo, selbst noch nicht gelesen, Gruß Herwig

Koronaheizung durch Kurzschlüsse - Winzige Eruptionen sorgen für Nachschub von heissen Gasen
Als Energielieferanten für die Koronaheizung kommen verschiedene Quellen in Frage. Im Laufe der Jahrzehnte wurden mehrere Dutzend Hypothesen aufgestellt. Selbst eine Energiezufuhr von aussen in Form von Antimaterie, Kometen oder Akkretion interstellarer Materie wurde vorgeschlagen. Diese Theorien können aber allesamt nicht erklären, warum die Korona über aktiven Gebieten mehr geheizt wird als über ruhigen Regionen. Das gleiche gilt für Theorien, die eine Energiezufuhr aus dem Inneren für die Koronaheizung verantwortlich machen, so zum Beispiel die lange favorisierten Schallwellen. Schon in den vierziger Jahren wurden elektrische Ströme in Betracht gezogen, doch ist der elektrische Widerstand in der Korona im allgemeinen zu gering.
Kürzlich konnte einen bemerkenswerten Fortschritt im Verständnis der Koronaheizung erzielt werden. Dazu wurde die Eigenschaft ausgenutzt, daß die Korona über ruhigen Gebieten mit 1,3 Millionen Grad etwas weniger heiss ist als über aktiven Gebieten. Somit wird ein grösserer Teil der Wärmestrahlung in extrem kurzwelligen UV-Linien abgestrahlt. In zwei dieser Spektrallinien des Eisens kann das EIT-Teleskop auf dem europäischen Sonnensatelliten SOHO besonders empfindlich messen. Zudem ist die Hintergrundstrahlung der ruhigen Korona gering, so dass kleinste Schwankungen registriert werden können. Aus dem Verhältnis der beiden Linien können die Temperatur und der Materiegehalt der ruhigen Korona bestimmt werden.

Die Bilder von SOHO zeigen deutlich, dass die ruhige Korona räumliche Strukturen hat, die mit der Netzwerkstruktur der Magnetfelder in der Photosphäre, also der sichtbaren Oberfläche der Sonne, übereinstimmen. Überraschend war zunächst, dass praktisch jedes Bildelement deutliche Schwankungen innerhalb der einstündigen Messzeit zeigte. Es ist aber nicht so sehr die Temperatur, sondern der Materie-Inhalt der Korona, der die Strahlungsfluktuationen verursacht. Offenbar wird nicht die Korona geheizt, sondern die zwischen Sonnenoberfläche und Korona liegende Chromosphäre, die normalerweise eine Temperatur von 10.000 Grad besitzt, nun aber um das Hundertfache auf Koronatemperatur erwärmt wird. Das heiße Material der Chromosphäre steigt in die Korona auf, kühlt sich ab und fällt wieder zurück.

Einen Anhaltspunkt, wie die Chromosphäre geheizt werden könnte, liefern die Vorgänge über magnetisch aktiven Regionen. In aktiven Gebieten der Korona ereignen sich mehrmals pro Tag Eruptionen, in denen immense Energien freigesetzt werden. Diese Eruptionen werden in der Fachsprache Flares genannt. Flares sind wahrscheinlich die Folge von plötzlichen Erhöhungen des elektrischen Widerstands von Stromkreisen. Dort, wo sich der Strom staut, entlädt sich die gesamte Energie eines Stromkreises. Man weiss seit rund zehn Jahren, dass die Flare-Energie vor allem in Form von energiereichen Teilchen freigesetzt wird. Diese folgen magnetischen Feldlinien nach unten und treffen auf die Chromosphäre auf. Durch diese Energiezufuhr wird die Chromosphäre in gewissen Gebieten aufgeheizt.

Die grössten Heizungsereignisse der ruhigen Korona wurden simultan mit Radioteleskopen und mit Instrumenten an Bord von SOHO beobachtet. Auffallend sind dieselben Charakteristiken wie bei Flares. Zumindest die grösseren Heizungsereignisse wurden somit als Mikroflares identifiziert. Mikroflares haben nur ein Hunderttausendstel der Energie von gewöhnlichen Flares, wie sie sich über aktiven Gebieten ereignen. Dafür sind sie aber sehr viel häufiger. Von den kleinsten beobachteten Mikroflares der ruhigen Korona starten- hochgerechnet auf die ganze Sonne - etwa 400 pro Sekunde. Diese Eruptionen dauern rund 15 Minuten und erstrecken sich über wenige tausend Kilometer. Besonders wichtig ist, dass ihre Häufigkeit im Gegensatz zu normalen Flares zu kleinen Energien hin stark ansteigt, so dass vermutet werden kann, dass Ereignisse unterhalb der Empfindlichkeitsgrenze der Instrumente einen bedeutenden Beitrag liefern.

Die genaue Energiezufuhr der Mikroflares hängt von gewissen Parametern ab. Eine Schätzung zeigt, dass die von «Soho» beobachteten impulsiven Mikroflares bis zu 70 Prozent der von der ruhigen Korona abgestrahlten Energie ausmachen. Die restlichen 30 Prozent stammen vielleicht von noch kleineren Mikroflares, die unterhalb der Empfindlichkeitsgrenze der Instrumente liegen. Damit die Rechnung aufgeht, müsste es davon rund 28.000 pro Sekunde geben. Das entspricht etwa dem Wert, den der amerikanische Sonnentheoretiker Eugene Parker 1985 vorausgesagt hat.

Ob ein ähnliches Szenario auch für aktive Regionen gilt, ist noch völlig unklar. Als die Hypothese der Flareheizung in den achtziger Jahren aufgestellt wurde, war es zunächst eine grosse Enttäuschung, dass die Energie der grossen Flares in aktiven Gebieten nicht ausreicht, um die Korona an diesen Orten zu heizen. Toshifumi Shimizu beobachtete mit dem japanischen Satelliten Yohkoh eine Art flache Energieverteilung von normalen Flares, dass man auch bei einer Extrapolation zu kleineren Energien nicht die nötige Energiezufuhr erhält. Es ist jedoch denkbar, dass die in aktiven Gebieten noch unentdeckten, kleinen Mikroflares viel häufiger sind als erwartet. Der schon zweimal verloren geglaubte und dann doch wieder gerettete SOHO-Satellit wird bestimmt auch diese Frage klären helfen, zumal die Sonnenaktivität bis zu ihrem zyklischen Maximum im Jahre 2001 noch zunimmt.

(A. Benz, ETH Zürich; 12.05.99)