Neue Erkenntnisse über das Magnetfeld der Sonne

Die Sonne hat ein Magnetfeld, das messbar und analysierbar ist. Wissenschaftler beschäftigen sich mit diesem Magnetfeld, um sein Verhalten und seine Auswirkungen auf das Sonnensystem zu verstehen. Ein Mass für das Magnetfeld der Sonne nennt sich Solar Mean Magnetic Field (SMMF). Dieser Wert steht für die durchschnittliche Magnetfeldstärke, die wir von der Erde aus sehen können.

Die meisten Forschungen zum SMMF haben sich auf die Photosphäre konzentriert, das ist die Schicht der Sonne, die wir sehen können. Diese Studie schaut sich jedoch die Messungen aus der Chromosphäre an, der Schicht über der Photosphäre. Indem wir Daten aus beiden Schichten kombinieren, wollen wir ein besseres Bild davon bekommen, wie das Magnetfeld der Sonne funktioniert.

#Solar Mean Magnetic Field

Der SMMF wird ermittelt, indem die linienförmige Komponente des Magnetfeldes von der gesamten sichtbaren Oberfläche der Sonne gemittelt wird. Frühere Studien haben den SMMF in der Photosphäre gefunden, aber es gibt weniger Informationen zur Chromosphäre. Diese Forschung hat das Ziel, diese Lücke zu schliessen, indem der SMMF aus beiden Schichten berechnet wird.

Die Daten für diese Studie stammen von einem speziellen Instrument, dem Synoptic Optical Long-term Investigations of the Sun (SOLIS)/Vector Spectromagnetograph (VSM). Es hat komplette Disks von Magnetogrammen bei zwei spezifischen Wellenlängen gesammelt. Diese Magnetogramme ermöglichen es uns, die Magnetfelder in der Photosphäre und der Chromosphäre über einen Zeitraum von 2010 bis 2017 zu analysieren.

#Ergebnisse zum chromosphärischen SMMF

Diese Forschung zeigt, dass der in der Chromosphäre gemessene SMMF etwa 60% schwächer ist als der in der oberen Photosphäre gemessene SMMF. Trotz dieses Unterschieds ist die Beziehung zwischen den beiden Messungen stark, was darauf hindeutet, dass Änderungen in einem Feld wahrscheinlich auch im anderen reflektiert werden.

Die Ergebnisse unterstützen die Idee, dass der SMMF in der Chromosphäre zum Magnetfeld im Raum beiträgt, das als Interplanetarisches Magnetfeld (IMF) bekannt ist.

#Historischer Kontext

Die Untersuchung des Magnetfeldes der Sonne hat eine lange Geschichte. George Ellery Hale war der Erste, der diese Magnetfelder beobachtet hat. Seitdem haben viele Wissenschaftler daran gearbeitet zu verstehen, wie sich dieses Magnetfeld verhält und welche Auswirkungen es auf das Sonnensystem hat.

Forschungen haben gezeigt, dass der SMMF sich über die Zeit nicht wesentlich verändert. Er hat ein regelmässiges Muster mit einer bemerkenswerten Periodizität von etwa 27 Tagen. Messungen haben ergeben, dass der SMMF zwischen ungefähr 0,2 Gauss in Zeiten niedriger Sonnenaktivität und 2 Gauss in Zeiten hoher Sonnenaktivität schwanken kann.

#Herkunft des SMMF

Es gibt noch einige Unsicherheiten darüber, wo der SMMF herkommt. Einige Wissenschaftler glauben, er könnte Teil eines Magnetfeldes sein, das beim Entstehen der Sonne vorhanden war. Andere denken, er könnte durch die Bewegung der Magnetfelder an der Oberfläche der Sonne durch ihre Rotation verursacht werden.

Forschungen haben verschiedene Erklärungen und unterstützende Daten für beide Ideen geliefert. Es bleibt ein Thema, das weiterhin untersucht wird.

#Datenquellen

Für diese Studie haben wir Daten verwendet, die vom VSM gesammelt wurden, das für seine hochwertigen Beobachtungen der Sonne bekannt ist. Der VSM war seit Ende 2017 wegen Upgrades ausser Betrieb, hat aber zuvor wertvolle Informationen über das Magnetfeld der Sonne geliefert.

Der VSM nutzt verschiedene Modi, um Daten über das Magnetfeld zu erfassen. Die spezifischen Modi, die in dieser Studie verwendet wurden, sind darauf ausgelegt, Vollscheiben-Magnetogramme zu liefern, was bedeutet, dass sie den gesamten sichtbaren Teil der Sonne messen.

#Datenanalyse

Um genaue Ergebnisse zu erhalten, haben wir die verwendeten Daten sorgfältig ausgewählt. Wir haben uns auf Daten konzentriert, die in einem zweistündigen Zeitfenster sowohl für die 6302L- als auch für die 8542L-Beobachtungen aufgenommen wurden, um sicherzustellen, dass sie vergleichbar sind. Dieser Prozess ermöglichte es uns, eine signifikante Anzahl von Beobachtungen zu analysieren und schlechte Daten zu vermeiden, die durch verschiedene Probleme bei der Datenerfassung verursacht werden können.

Schlechte Daten können zu falschen Schlussfolgerungen führen, also mussten wir alle Magnetogramme herausfiltern, die fehlende Pixel oder Artefakte hatten. Nachdem wir die gültigen Daten ausgewählt hatten, haben wir die Magnetfeldstärke über die sichtbare Sonnenscheibe gemittelt, um die SMMF-Werte zu finden.

#Vergleich der Ergebnisse verschiedener Instrumente

Die Studie hat auch SMMF-Werte verglichen, die von verschiedenen Instrumenten erhalten wurden. Indem wir die Daten vom VSM neben anderen Quellen wie dem Wilcox Solar Observatory (WSO) und dem Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) betrachtet haben, konnten wir die Genauigkeit unserer Ergebnisse bestätigen.

Die Ergebnisse des VSM stimmten gut mit den anderen Instrumenten überein, was darauf hindeutet, dass unsere Messungen des SMMF genau und zuverlässig waren. Einige kleine Unterschiede können aufgrund der verwendeten unterschiedlichen Instrumente bestehen, aber die allgemeinen Muster blieben ähnlich.

#Tägliche Variationen und Sonnenaktivität

Die Analyse der täglichen Variationen der SMMF-Werte über den Studienzeitraum zeigte Muster, die mit der Sonnenaktivität zusammenhängen. In Zeiten niedriger Sonnenaktivität, zum Beispiel bei weniger Sonnenflecken, schienen die SMMF-Werte stärker miteinander zu korrelieren. Umgekehrt waren die Korrelationen während hochaktiver Phasen etwas schwächer.

Das deutet auf eine komplexe Beziehung zwischen Sonnenaktivität und dem Verhalten des solaren Magnetfeldes hin. Es wirft Fragen auf, wie äussere Faktoren oder Veränderungen im Sonnenumfeld diese magnetischen Messungen beeinflussen könnten.

#Die Rolle der Chromosphäre

Das Verständnis der Chromosphäre ist entscheidend, um das vollständige Bild des Magnetfeldes der Sonne zu erfassen. Die Forschung hat hervorgehoben, wie sich das Magnetfeld in der Chromosphäre von dem in der Photosphäre unterscheidet. Der schwächere chromosphärische SMMF unterstützt die Vorstellung, dass ein Grossteil des Magnetfeldes, das wir im Raum messen, aus den unteren Schichten der Sonne stammt.

Diese Beobachtung betont, wie dynamisch und miteinander verbunden die Schichten der Sonne sind. Mit den gesammelten Beweisen können wir beginnen, ein klareres Verständnis dafür zu entwickeln, wie Magnetfelder von der Sonne in den Weltraum wandern und welche potenziellen Auswirkungen sie auf die Erde und andere Planeten haben könnten.

#Fazit

Die Studie zeigt die Bedeutung der Messung des solaren Magnetfeldes über verschiedene Schichten der Sonne hinweg. Der SMMF in der Chromosphäre ist schwächer als in der Photosphäre, aber beide Werte hängen eng zusammen und helfen uns, das breitere solare Magnetfeld besser zu verstehen.

Die Forschung zum solaren Magnetfeld entwickelt sich weiter, mit laufenden Untersuchungen zu seinen Ursprüngen und den Mechanismen, die sein Verhalten steuern. Diese Studie liefert wertvolle Erkenntnisse, die helfen werden, unser Verständnis der solaren Dynamik und ihrer Auswirkungen im gesamten Sonnensystem zu formen.