Parker-Solar-Probe beobachtet rekordschnellen koronalen Massenauswurf

Am 5. September 2022 hat ein Raumschiff namens Parker Solar Probe (PSP) eine beeindruckende Beobachtung eines koronalen Massenauswurfs (CME) gemacht, während es ganz nah an der Sonne war. Dieses Ereignis hat es Wissenschaftlern ermöglicht, Details des CME wie nie zuvor zu sehen, da das Raumschiff nur etwa 13,5 Sonnenradien von der Sonne entfernt war. Ein koronaler Massenauswurf ist eine grosse Freisetzung von Plasma und magnetischen Feldern aus der Sonnenkorona, die Auswirkungen auf das Weltraumwetter haben kann.

Der während dieser Beobachtung gesehene CME hatte eine Vorderkante und eine deutliche bogenförmige Struktur in der Nähe seines Kerns. Die Geschwindigkeit dieser Merkmale wurde mithilfe von Bildern des Wide-field Imager for Parker Solar Probe (WISPR), einem anderen Instrument auf dem PSP, verfolgt. Durch die Analyse der Daten stellten die Wissenschaftler fest, dass die Vorderkante des CME mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von etwa 2500 Kilometern pro Sekunde unterwegs war, während die bogenförmige Struktur langsamer mit etwa 400 Kilometern pro Sekunde bewegte.

Normalerweise beschleunigen CMEs, je höher sie sich in der Nähe der Sonne bewegen. Dieser spezielle CME wurde als zu einer seltenen Kategorie gehörend eingestuft, da er sehr hohe Geschwindigkeiten erreichte. Von den zahlreichen aufgezeichneten CMEs erreichen nur eine winzige Fraktion Geschwindigkeiten über 2000 Kilometer pro Sekunde, was diese Beobachtung bedeutend macht.

Die Untersuchung von CMEs ist entscheidend, da sie Störungen im Weltraumwetter verursachen können, die Satelliten, Stromnetze auf der Erde und Aktivitäten von Astronauten im Weltraum beeinflussen können. Schnelle CMEs können zu stärkeren Sonnenstürmen und erhöhten Risiken für Ereignisse mit solarenergetischen Partikeln führen, die Geräte und Astronauten im Weltraum schädigen können.

#Beobachtung koronaler Massenauswürfe

CMEs variieren stark in ihrer Geschwindigkeit, von ein paar hundert bis zu mehreren tausend Kilometern pro Sekunde. Im Durchschnitt reisen CMEs während Zeiten geringer solarer Aktivität mit Geschwindigkeiten von etwa 300 Kilometern pro Sekunde, während sie bei hoher solarer Aktivität Geschwindigkeiten von etwa 500 Kilometern pro Sekunde erreichen können. Schnelle CMEs, insbesondere solche mit Geschwindigkeiten über 1000 Kilometern pro Sekunde, werden hauptsächlich in der Nähe der Sonne beschleunigt, bevor sie mit dem Sonnenwind interagieren, während langsamere CMEs mehr vom Widerstand der Sonnenatmosphäre beeinflusst werden.

Historisch gesehen wurden nur wenige CMEs dokumentiert, die extreme Geschwindigkeiten erreicht haben, wie der berüchtigte Halloween-Sturm im Jahr 2003. Beobachtungen deuten darauf hin, dass die maximale potenzielle Geschwindigkeit eines CME bei etwa 4000 Kilometern pro Sekunde liegt, obwohl diese Geschwindigkeit in der Praxis selten zu sehen ist. Tatsächlich wurde der letzte CME, der vor dieser Forschung solche hohen Geschwindigkeiten erreichte, 2017 aufgezeichnet.

In den letzten Jahren hat das Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) wertvolle langfristige Beobachtungen der Sonnenkorona bereitgestellt. Diese Beobachtungen haben das Verständnis der Wissenschaftler darüber, wie die Korona sich verhält und wie CMEs entstehen, erheblich verbessert. Neuere Missionen wie die Parker Solar Probe und der Solar Orbiter haben sogar noch bessere Ansichten geboten, die Beobachtungen aus verschiedenen Winkeln ermöglichen, während sie sich der Sonne nähern.

#Herausforderungen bei der Beobachtung nahe der Sonne

Eine Herausforderung bei der Nutzung von WISPR-Daten zur Untersuchung von CMEs ist, dass sich die Sicht schnell ändert, während die Parker Solar Probe in ihrer Umlaufbahn bewegt. Im Gegensatz zu anderen Instrumenten, die die Heliosphäre aus einer festen Entfernung abbilden, muss WISPR sich an verschiedene Abstände von der Sonne anpassen, was die Klarheit und Auflösung der Bilder beeinträchtigen kann.

Während der ersten Begegnung der Parker Solar Probe im November 2018 war der erste beobachtete CME eine langsam bewegende Art. Die Fähigkeiten von WISPR verbesserten sich jedoch mit zunehmenden Beobachtungen, was zu einer besseren Verfolgung der CMEs führte.

Verschiedene Methoden, darunter J-Mapping und verschiedene Berechnungen, wurden entwickelt, um CMEs zu untersuchen. Jede Methode bietet Einblicke aus verschiedenen Blickwinkeln und Perspektiven, wodurch das Verständnis dieser energetischen Phänomene verbessert wird.

Während der Begegnung der Parker Solar Probe im September 2022 wurden zehn CMEs beobachtet, als sich das Raumschiff nah an der Sonne befand. Davon wurde ein besonders energetischer CME verfolgt.

#Die Beobachtungen und Analysen

Der CME wurde zuerst mit WISPR-Bildern beobachtet, als er um etwa 16:30 UTC in das Sichtfeld eintrat. Die Quellregion des CME wurde anhand von Bildern eines anderen Instruments, dem Extreme Ultraviolet Imager (EUI), identifiziert, das sich auf dem Solar Orbiter befindet.

Die WISPR-Beobachtungen zeigten, dass der CME das Raumschiff kurz nach Eintritt in sein Sichtfeld erreichte. Messungen deuteten darauf hin, dass der CME eine Vorderkante hatte, die als helles Merkmal erschien, während die bogenförmige Struktur hinter ihm zu sehen war. Diese Beobachtungen ermöglichten es den Wissenschaftlern, zu messen, wie schnell verschiedene Teile des CME sich bewegten.

Die WISPR-Daten wurden bearbeitet, um Hintergrundgeräusche zu entfernen, was dazu beitrug, die Merkmale des CME hervorzuheben. Durch Techniken, die sich auf die Intensität des CME im Vergleich zum umgebenden Raum konzentrierten, konnten die Wissenschaftler seine Entwicklung über die Zeit klar verfolgen.

Die Analyse ergab, dass die Vorderkante des CME schneller bewegte als die bogenförmige Struktur. Die Forscher bemerkten, dass die schnell bewegende Vorderkante keine Anzeichen einer Verlangsamung zeigte, während die innere Struktur im Laufe der Zeit eine leichte Geschwindigkeitsabnahme aufwies.

#Die Rolle der Thomson-Sphäre

Um die Geschwindigkeiten der CME-Merkmale genau zu schätzen, verwendeten die Wissenschaftler ein Konzept namens Thomson-Sphäre. Dieses Prinzip hebt hervor, wie sich das Licht des CME streut, während es sich von der Sonne entfernt. Durch das Verständnis, wo sich der CME im Verhältnis zum beobachtenden Raumschiff befand, konnten die Wissenschaftler genauere Geschwindigkeitsmessungen vornehmen.

Mit dieser Methode wurde festgestellt, dass die Vorderkante mit etwa 2500 Kilometern pro Sekunde bewegt, ohne Anzeichen einer Beschleunigung. Die bogenförmige Struktur stellte sich jedoch als leicht verlangsamt heraus und bewegte sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von etwa 400 Kilometern pro Sekunde.

Die Beobachtungen umfassten auch Messungen von anderen Instrumenten im Weltraum, was eine umfassendere Sicht auf den CME und seine Eigenschaften ermöglichte. Dieser multi-instrumentelle Ansatz ist wertvoll, um solche dynamischen und variablen Phänomene zu verstehen.

#Die Bedeutung der Ergebnisse

Die Ergebnisse dieser Beobachtung sind wichtig, weil dieser CME eines der schnellsten bekannten beobachteten Ereignisse seit dem Start der Parker Solar Probe darstellt. Durch den Vergleich der berechneten Geschwindigkeiten mit Daten aus dem Coordinated Data Analysis Workshop (CDAW) wird deutlich, dass dieser CME zu einer sehr seltenen Gruppe gehört, die so hohe Geschwindigkeiten erreicht.

Darüber hinaus ist es entscheidend, die Verbindung zwischen CMEs und ihren Quellenausbrüchen zu überwachen. Der schnell bewegende CME, der beobachtet wurde, hatte seinen Ursprung in einer aktiven Region auf der Sonne, die auch mit einem Ausbruch assoziiert war. Durch das Studium der Beziehung zwischen dem Ausbruch und dem CME können die Wissenschaftler besser vorhersagen, welche Auswirkungen solche Ereignisse auf das Weltraumwetter haben.

#Die Zukunft der CME-Studien

Die Analyse betont die Notwendigkeit sorgfältiger Ansätze bei der Untersuchung von CMEs nahe der Sonne. Die in dieser Forschung angewandten Methoden, insbesondere die auf der Thomson-Sphäre basierenden, liefern bessere Schätzungen für die CME-Geschwindigkeiten als traditionelle Messungen der Sichtebene.

Während Instrumente wie die Parker Solar Probe weiterhin einzigartige Beobachtungen bereitstellen, wird die Fähigkeit, CMEs aus verschiedenen Perspektiven zu analysieren, das Verständnis ihres Verhaltens und ihrer Wechselwirkungen mit der Sonnenumgebung verbessern.

Diese Erkenntnisse sind nicht nur akademisch; sie sind entscheidend für die Vorbereitung auf die Auswirkungen solarer Ereignisse auf Technologie und Infrastruktur auf der Erde. Da die solare Aktivität zunimmt, können extremere Ereignisse auftreten, und ein besseres Verständnis davon wird helfen, potenzielle Auswirkungen zu mindern.

Zusammenfassend zeigt die Beobachtung dieses CME am 5. September 2022 die leistungsstarken Fähigkeiten moderner Beobachtungsinstrumente. Es hebt eine aufregende Zeit für die Sonnenphysik hervor, während wir weiterhin mehr über die Sonne und ihren Einfluss auf das Weltraumwetter lernen.

Die erfolgreiche Verfolgung von CMEs bietet einen Rahmen für zukünftige Studien und tiefere Untersuchungen der Dynamik solcher Ereignisse. Die fortlaufende Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Weltraummissionen und bodengestützten Beobachtungen wird es Wissenschaftlern ermöglichen, die komplexen Verhaltensweisen von CMEs und ihre Auswirkungen auf unsere Welt zusammenzufügen.

Durch kontinuierliche Forschung hoffen wir, die Geheimnisse rund um solare Phänomene zu entschlüsseln und die Kluft zwischen solarer Aktivität und ihren Auswirkungen auf die Erde und darüber hinaus weiter zu überbrücken.