Neue Insights zur Sonnenkorona

Die Sonne hat eine komplexe äussere Schicht, die als Korona bekannt ist und echt wichtig ist, um solare Aktivitäten und deren Auswirkungen auf das Weltraumwetter zu verstehen. Wissenschaftler nutzen verschiedene Werkzeuge, um die Korona zu studieren, besonders während Sonnenfinsternissen, wenn sie sichtbar wird. Kürzlich wurden neue Instrumente entwickelt, um die Korona effektiver zu beobachten, besonders im extremen ultravioletten (EUV) Lichtbereich.

#Die Herausforderung, die Korona zu beobachten

Die meisten Beobachtungen der solarer Korona, die über 2 Sonnenradien hinausgehen, kommen von sichtbarem Licht (VL) Koronagraphen. Diese Teleskope blockieren das helle Licht von der Sonne selbst, sodass die Forscher die Korona sehen können. Allerdings hat diese traditionelle Methode ihre Grenzen. Sie kann nur bestimmte Aspekte der Korona einfangen, hauptsächlich ihre Bewegung und Dichte, was oft nicht ausreicht, um das Verhalten des Plasmas vollständig zu verstehen.

Um mehr Einblicke zu gewinnen, müssen die Wissenschaftler die Emissionslinien untersuchen, die detaillierte Informationen über Temperatur, Geschwindigkeit und chemische Zusammensetzung bieten. Leider war es bisher grösstenteils auf totale Sonnenfinsternisse oder sehr wenige andere Beobachtungen beschränkt, diese Linien in der Korona einzufangen.

#Der Extreme Ultraviolet Imager

Ein aktueller Fortschritt ist der Full Sun Imager (FSI), Teil des Extreme Ultraviolet Imager (EUI) der Solar Orbiter-Mission. Dieses Instrument zielt darauf ab, einen breiteren Blick auf die Sonnenatmosphäre in den Temperaturbereichen zu bieten, die typischerweise im unteren Übergangsbereich und in der Korona vorkommen. Der FSI arbeitet in zwei spezifischen EUV-Wellenlängen: einer bei 17,4 Nanometern und der andere bei 30,4 Nanometern. Der erste konzentriert sich auf Eisenionen, die in der Korona gebildet werden, während der zweite empfindlich auf Heliumionen aus dem unteren Übergangsbereich reagiert.

Das Besondere am FSI ist die Verwendung einer beweglichen okkultierenden Scheibe. Diese Scheibe hilft, unerwünschtes Licht zu reduzieren, das die Beobachtungen stören kann, und erlaubt es, klarere Bilder der Korona einzufangen.

#Über vorherige Grenzen hinaus erweitern

Der FSI kann Signale bei 17,4 Nanometern viel weiter von der Sonne entfernt erfassen als frühere Instrumente – bis zu etwa 7 Sonnenradien. Das ist ein signifikanter Anstieg im Vergleich zu früheren Fähigkeiten. Allerdings sind die Beobachtungen bei 30,4 Nanometern immer noch von unerklärlichem Streulicht betroffen.

Die Ergebnisse des FSI wurden mit Bildern älterer Koronagraphen, wie LASCO und Metis, verglichen, wobei sowohl Ähnlichkeiten als auch Unterschiede in dem, was in sichtbarem Licht gegenüber EUV-Bildern gesehen werden kann, hervorgehoben wurden. Diese Vergleiche sind wichtig für eine bessere Interpretation der Merkmale in der Korona.

#Geschichte der Sonnenbeobachtungen

Seit Jahrzehnten beruhen Beobachtungen der solarer Korona hauptsächlich auf Bildern im sichtbaren Licht. Das LASCO-Instrument auf dem SOHO-Raumfahrzeug sammelt seit 1996 Daten und erfasst mehrere Bilder pro Stunde. Diese Beobachtungen konzentrieren sich hauptsächlich auf die Bewegung von Plasma und messen dessen Dichte.

Zusätzlich zur Messung der Dichte haben die Wissenschaftler nach Möglichkeiten gesucht, die Eigenschaften der Emissionslinien zu erfassen, um das solare Plasma besser zu verstehen. Der Ultraviolet Coronagraph Spectrometer (UVCS) auf SOHO war bemerkenswert erfolgreich darin, UV-Beobachtungen von 1,2 bis 10 Sonnenradien bereitzustellen, wobei der Fokus auf Wasserstoff und Sauerstoff lag.

Mit der Zeit hatten andere Werkzeuge zur Untersuchung der Korona Schwierigkeiten mit Streulichtinterferenzen, was deren Effektivität beeinträchtigte.

#Der Bedarf an verbesserten Bildgebungstechniken

Der FSI wurde entwickelt, um vorherige Werkzeuge zu verbessern. Die Schöpfer wollten sicherstellen, dass wichtige Informationen über die solarer Korona sowohl in schmalbandigen Kanälen erfasst werden können, die für spezifische Temperaturen ausgelegt sind. Der 17,4 Nanometer Kanal des FSI ist empfindlich für koronales Plasma bei etwa 1 Million Grad Celsius, während der 30,4 Nanometer Kanal sich auf den unteren Übergangsbereich bei etwa 80.000 Grad Celsius konzentriert.

Das weite Sichtfeld des FSI ermöglicht es den Wissenschaftlern, die gesamte Sonnenscheibe einzufangen, selbst wenn das Raumfahrzeug in Richtung des Randes der Sonne zeigt. Diese Fähigkeit stellt eine signifikante Verbesserung in der Art und Weise dar, wie Sonnenbeobachtungen durchgeführt werden können.

#Beobachtungen und Kampagnen

Der FSI war während mehrerer Kampagnen in Betrieb, die darauf abzielen, die Korona besser zu verstehen. Das Ziel ist es, Bilder im Koronagraphmodus während strategisch gewählter Zeiträume zu erfassen.

Eines der Hauptziele des FSI ist es, als Kontext-Imager für die Solar Orbiter-Mission zu fungieren. Das bedeutet, dass er hilft, Hintergrundbilder bereitzustellen, die andere Beobachtungen und Datensammlungsanstrengungen informieren können.

Während des frühen Betriebs zeigte der FSI im Koronagraphmodus einige Herausforderungen im Zusammenhang mit der Implementierung der okkultierenden Scheibe. Als diese Probleme jedoch gelöst wurden, erwies sich die gesammelte Daten als wertvoll.

#Erkenntnisse aus dem FSI

Der FSI hat mehrere wichtige Erkenntnisse über die solarer Korona geliefert. Seine Beobachtungen haben gezeigt, dass über 2 Sonnenradien hinweg Streulicht das Signal verbergen kann, was es schwierig macht, klare Informationen über die Sonnenatmosphäre zu erhalten. Das unterstreicht die Bedeutung der Verwendung einer okkultierenden Scheibe, die dazu beiträgt, die Bildqualität zu verbessern, indem sie viel vom Streulicht entfernt.

Indem sie die Intensität der Emissionen aus der Korona betrachten, können die Forscher analysieren, wie sie sich mit der Höhe verändern, was Einblicke in die Prozesse gibt, die das Verhalten der Korona steuern.

#Datenverarbeitung und Analyse

Um sicherzustellen, dass die vom FSI aufgenommenen Bilder so genau wie möglich sind, wird ein mehrstufiger Verarbeitungsansatz verwendet. Dazu gehört das Subtrahieren von Dunkelrahmen, um Rauschen zu entfernen, und das Korrigieren von Abweichungen, die die endgültigen Bilder beeinflussen könnten. Die Verwendung von Filtertechniken hilft, die Klarheit der Beobachtungen zu verbessern.

Bei dem Vergleich der FSI-Daten mit anderen Instrumenten wird es notwendig, sicherzustellen, dass Kalibrierung und Ausrichtung genau sind. Beobachtungen anderer Instrumente, wie zum Beispiel Metis, werden ebenfalls berücksichtigt, um ein vollständigeres Bild der Korona zu bieten.

#Zukünftige Richtungen

In der Zukunft sind weitere Kampagnen mit dem FSI im Koronagraphmodus geplant. Solche Kampagnen werden sich darauf konzentrieren, das Timing der Beobachtungen zu optimieren, um mit anderen Missionen übereinzustimmen und die Gesamtqualität der Daten zu verbessern.

Es werden Verbesserungen erwartet, die Modifikationen zur Steigerung der Effizienz der FSI-basierten Koronagraph-Bildgebung beinhalten. Während die Forscher mehr über die Stärken und Schwächen bestehender Werkzeuge lernen, können neue Techniken eingesetzt werden, um noch bessere Sonnenbeobachtungen durchzuführen.

#Fazit

Die Fortschritte bei der Beobachtung der solarer Korona mit Tools wie dem FSI stellen einen bedeutenden Schritt vorwärts in unserer Fähigkeit dar, die Sonne zu studieren. Durch das Einfangen von Weitwinkel-EUV-Bildern erhalten Wissenschaftler Zugang zu wertvollen Informationen, die unser Verständnis von solaren Dynamiken und deren potenziellen Auswirkungen auf das Weltraumwetter vertiefen können.

Die Untersuchung der Korona bietet Einblicke nicht nur in die solaren Mechanismen, sondern auch in die breitere Beziehung zwischen solarer Aktivität und der Umwelt der Erde. Während sich die Technologie weiterentwickelt und neue Beobachtungstechniken entwickelt werden, sieht die Zukunft der Sonnenforschung vielversprechend aus.