Solare Flares - Strahlungsausbrüche auf unserer Sonne

Der besonders heftige Flare am Rand der Sonnenscheibe vom 04. November 2003. Das Bild wurde mit dem Instrument EIT der Raumsonde SOHO bei einer Wellenlänge von 19,5 nm aufgenommen.

Da die Sonne sich dem Maximum ihres Aktivitätszyklus nähert, nehmen auch die Flare genannten Strahlungsausbrüche zu. Kommt es in ruhigen Zeiten vielleicht einmal pro Woche zu solch einer plötzlichen Energiefreisetzung, zeigt die aktive Sonne mitunter mehrmals pro Tag einen Flare.

Ein Flare ist eine Sonneneruption, zu denen auch Koronale Massenauswürfe und Surges gezählt werden. Allen drei Eruptionsarten ist gemein, dass die Sonne hierbei in kurzer Zeit viel Energie freisetzt. Im Falle der Flares ist das vor allem elektromagnetische Strahlung im Röntgen und UV-Bereich. Ein Flare kann pro Sekunde 10^25 Joule Energie freisetzen und dabei die gesamte Strahlungsleistung der Sonne in diesen Spektralbereich übertreffen.

Wie schon erwähnt treten Flares vor allem in der Phase hoher Aktivität der Sonne auf, also wenn die Sonne nicht friedlich vor sich hin fusioniert, sondern sich in ihren äußeren Bereichen unstetig und wild aufführt. Das Maximum dieser wilden Phase wird so grob alle 11 Jahre erreicht. Der beste Indikator für den Aktivitätszustand der Sonne ist die Zahl der Sonnenflecken. Diese Flecken sind nicht nur relativ leicht zu sehen und zu zählen, sie markieren auch Regionen, in denen das Magnetfeld der Sonne aus der Photosphäre radial austritt. Dabei ist die Magnetfeldstärke lokal in den Flecken erhöht. Diese hohe Feldstärke verhindert das Nachströmen von heißen Plasma aus dem Sonneninneren. Der Fleck kühlt aus und erscheint daher dunkler als seine Umgebung (ist aber trotzdem immernoch um die 4000 Kelvin heiß). Oberhalb solch einer Fleckengruppe, in der sogenannten Chromosphäre der Sonne, nimmt das Magnetfeld komplexe Strukturen an. Durch den Strahlungsausbruch entwirrt die Sonne gewissermaßen diese komplexe Struktur und setzt die darin befindliche Energie frei. Die Einzelheiten dieses Vorgangs sind Gegenstand der Forschung und nicht wirklich bekannt. Tatsache ist aber, dass das Magnetfeld oberhalb einer Fleckengruppe nach einem Flare eine einfachere Struktur hat als vorher.

Die Flares sind also am besten in der Chromosphäre der Sonne sichtbar, können aber auch im Weißlicht auf der Photosphäre zu sehen sein, wenn sie besonders hell sind. So beobachteten im September 1859 die beiden Astronomen Richard Carrington und Robert Hodgson unabhängig voneinander eine plötzliche Aufhellung einer Sonnenfleckengruppe. Dies war der erste entdeckte Flare.

Die Klassifikation der Flares erfolgt gemäß dem Detektor des Beobachters. Amateurastronomen beobachten die Chromosphäre gerne im H-Alpha-Licht bei 656 nm und haben daher ein anderes Schema, als die Profiastronomen, die mit den Satelliten GOES ständig das Weltraumwetter überwachen. Hier wird der Strahlungsfluss im Röntgenbereich bei 1 bis 8 Ängström Wellenlänge gemessen. Je nach Größenordnung des Strahlungsflusses wird der Flare mit einem Buchstaben bezeichnet. Die spektakulären Flares sind die mit dem Buchstaben M, was für einen Strahlungsfluss von 10^-5 bis 10^-4 W/m² steht und die X-Flares, deren Strahlungsfluss 10^-4 W/m² überschreitet - wohlgemerkt in dem Röntgenstrahlungsband zwischen 1 und 8 Ängström. Eine Zahl gibt dann noch den genauen Wert an. So wurde der Flare in dem Bild oben als X45-Flare klassifiziert, das heißt im Röntgenbereich strahlte er mit 45 x 10^-4 W/m². 

Flares sind immerwieder für Überraschungen gut:

"On 5th December 2006 a group of solar physicists using data from the Stereo spacecraft orbiting the Sun detected a jet of pure neutral hydrogen atoms emanating from an X-class solar flare. No other elements were present, not even helium. Pure hydrogen streamed past the spacecraft for a full 90 min."

(Zitiert aus New Eyes on the Sun, siehe auch Solar Flare Surprise auf nasa.gov)

Nicht alle Sonnenflecken zeigen einen Flare und auch die beiden anderen Eruptionsarten CME und Surge können ohne Flare auftreten. Die vorherrschende Meinung ist, dass allen Eruptionsarten derselbe physikalische Prozess zugrunde liegt, der sich nur unterschiedlich ausprägt: Mal als Flare, mal als CME oder als Kombination.

Das Video zeigt einen Flare vom 06. März 2012, gesehen mit der Raumsonde SDO (Solar Dynamics Observatory). Im Video bekommen wir den Flare zweimal zu sehen, jeweils in unterschiedlichen Wellenlängen.



Literaturtipp und Quelle: Jürgen Banisch: Die Sonne Oculum-Verlag 2009