Die aktive Sonne

Sonnenfleck 1302, Volkssternwarte Schriesheim 28.09.2011

Bei Mensch und Sonne unterscheidet man zwei Zustände, einen aktiven und einen ruhigen. Die ruhige Sonne ist sozusagen der Normalfall, das friedliche vor sich hin Fusionieren von Wasserstoff zu Helium. Diese ruhige Sonne zeigt Effekte wie die Granulation der Photosphäre, also eine Art köcheln der Sonnenoberfläche verursacht durch Konvektionsströme.

In einem 11-jährigen Zyklus hingegen erwacht die Sonne, sie wird aktiv. Verantwortlich hierfür ist das solare Magnetfeld. Durch die Rotation der Sonne über die Jahre zunehmend verdrillt, beginnt es sich umzusortieren, was von energiereichen Prozessen begleitet ist.

Das kann zum Beispiel einen koronalen Masseauswurf zur Folge haben, also die explosionsartige Aussendung geladener Teilchen (vor allem Elektronen) aus der Sonnenatmosphäre, der Korona. Treffen diese Teilchen so nach circa drei Tagen auf unser irdisches Magnetfeld entstehen Polarlichter. Momentan werden wir Zeuge solch eines Vorgangs, bei dem es fähigen Fotografen gelang sogar in Süddeutschland Polarlichter zu fotografieren. Einen Beitrag hierzu findet man auf Sterne und Weltraum: Polarlichter über Deutschland

Ein Indikator für Sonnenaktivität sind die Sonnenflecken. Ihre Anzahl spiegelt den 11-jährigen Zyklus direkt wieder und ist relativ leicht zu ermitteln. Der im Beitrag von Sterne und Weltraum erwähnte Masseauswurf hängt mit der großen Fleckengruppe zusammen, die im Bild oben zu sehen ist.

Jetzt sollte man das Wirrwarr aber doch etwas sortieren: Der koronale Masseauswurf stammt aus einer Schicht, die oberhalb der Photosphäre liegt. Die Sonnenflecken hingegen sind Teil der Photosphäre, die manchmal als Oberfläche der Sonne bezeichnet oder angesehen wird. Natürlich hat die Sonne keine Oberfläche, sie ist durch und durch ein heißes Gas, bzw. Plasma. Aber es ist tatsächlich so, dass wir das meiste Licht der Sonne von einer nur wenige hundert Kilometer dünnen Schicht empfangen. Das ist schon erstaunlich, bedenkt man, dass der Sonnendurchmesser etwa 700.000 km beträgt. Blendet man in einem Teleskop das normal sichtbare Sonnenlicht stark ab (über 99%), erscheint diese dünne Photosphäre wie eine Oberfläche - eine Oberfläche mit Pocken, eben die Sonnenflecken. Bei einem Sonnenfleck tritt das Magnetfeld senkrecht aus der Photosphäre aus. Das heiße Material aus dem Sonneninneren kann nicht genügend nachströmen, da es elektrisch geladen ist und vom Magnetfeld blockiert wird. Dadurch kühlt die Sonne lokal aus und es entsteht ein Fleck. Kühl ist natürlich relativ. Die Temperatur der ungestörten Photosphäre liegt so bei 5800°C, die Temperatur in den Sonnenflecken immerhin noch bei 4000°C. Dass die Flecken so schwarz erscheinen liegt, also nur an ihrer grellen Umgebung. Nur der Kern der Flecken, die sogenannte Umbra, erscheint auf dem Bild oben schwarz; drumherum sehen wir die hellere Penumbra.

Man würdige auch die Größe des Phänomens: Der Erddurchmesser passt 109 mal in die Sonne, also 109 Erden von links nach rechts - da mag jeder selber abmessen, wie groß so ein "Fleck" ist.

Da die Magnetfeldlinien aus der Photosphäre austreten, müssen sie auch wieder irgendwo reinkommen. Daher kommen Sonnenflecken in der Regel paarweise vor. Der eine Fleck mit magnetischen Nordpol, der andere mit Südpol. Das sieht man dem Foto oben nicht an, doch kann man die Polarität spektroskopisch sichtbar machen, da die Magnetfelder die Spektrallinien charakteristisch in der Wellenlänge verschieben.

Bei dem Bild oben ist auch noch ein anderes Phänomen zu bewundern, nämlich das der Randverdunklung. Zum Rand hin wird die Sonne dunkler, da wir sozusagen streifend in die Photosphäre schauen und nicht mitten hinein, wie in der Mitte der Scheibe. Somit bekommen wir vom Rand Strahlung aus höheren Schichten, welche offensichtlich weniger intensiv ist. Die Randverdunklung zeigt somit, dass die Temperatur der Photosphäre nach außen abnimmt, wie man es ja auch erwarten würde.

Wie immer, wenn von der Sonne die Rede ist, sei auch hier wieder gesagt: Niemals mit einem optischen Instrument in die Sonne schauen, das nicht genau für diesen Zweck gebaut oder erweitert wurde. Die meisten Volkssternwarten haben ein Instrument zur Sonnenbeobachtung oder ein Teleskop, das entsprechend erweitert werden kann - einfach mal nachfragen.