Strukturen, die das Weltraumteleskop Iris im Dezember 2013 beobachtete. - © Foto: Iris, LMSAL, Nasa
Strukturen, die das Weltraumteleskop Iris im Dezember 2013 beobachtete. - © Foto: Iris, LMSAL, Nasa

Göttingen. Aus kleinen Taschen mit unvorstellbar hohen Temperaturen explodiert heiße Materie in die Umgebung. Andernorts bilden sich riesige Superzellen, an deren Rändern Material mit hohem Tempo in den Weltraum schießt und dort vermutlich den Sonnenwind antreibt. Verdrillte Magnetfelder heizen die dünne Atmosphäre der Sonne gewaltig auf und erzeugen so viel von der für das Leben auf der Erde gefährlichen ultravioletten Strahlung.

Es brodelt also gewaltig in der Atmosphäre rund um die Sonne. Einige Details dieser für das Klima auf der 150 Millionen Kilometer entfernten Erde wichtigen Vorgänge schildern Astrophysiker wie Hardi Peter vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen und einige seiner Kollegen aus aller Welt jetzt im Fachblatt "Science".

Fusionsreaktor


Genau solche Details brauchen die Forscher, um die dortigen Vorgänge besser zu verstehen, deren Grundzüge zumindest bekannt sind: Die Sonne ist ein Fusionsreaktor, der in seinem Kern bei Temperaturen von rund 15 Millionen Grad Wasserstoff-Atomkerne zu Helium verbrennt. Die frei werdende Energie quetscht sich als Wärmestrahlung durch die sehr dichte Materie langsam nach außen. Erst auf dem letzten Drittel des rund 700.000 Kilometer langen Wegs an die Oberfläche tragen Strömungen aus Wasserstoff und Helium diese Energie weiter nach außen.

Auf diesem langen Weg ist die Materie erheblich abgekühlt, an der Oberfläche der Sonne messen Astrophysiker gerade noch 5500 Grad Celsius. Während Wasserstoff und Helium unter dieser Oberfläche extrem dicht gepackt sind, fällt die Dichte dort drastisch ab. Zum ersten Mal seit dem Kern beginnt die Materie durchsichtig zu werden. Nach den Gesetzen der Physik strahlt die Materie bei dieser Temperatur Licht ab, das vorwiegend grüngelb ist. Andere Farben sind schwächer, ultraviolettes Licht kommt von der Sonnenoberfläche praktisch gar nicht. Dieser Teil des Spektrums muss also in der oberen Atmosphäre der Sonne entstehen und das bei deutlich höheren Temperaturen.

Die Atmosphäre kühlt erst einmal weiter bis auf 4500 Grad Celsius ab. Die Schicht zwischen der Oberfläche und dieser Temperaturgrenze nennen Astrophysiker "Photosphäre". In ihr fällt die Dichte der Materie aus Wasserstoff und Helium immer weiter ab. Die Schwingungen der aus der Sonne kommenden Schallwellen werden immer größer. "Ähnliches passiert in einer Wasserwelle, die umso steiler aufläuft, je flacher das Wasser am Strand wird", so Peter. Vor der Küste bricht die Welle, und auch die Wellen aus der Sonne verlieren in der Nähe der 4500-Grad-Grenze ihre Ordnung. Die ungeordnete Bewegung solcher Gasteilchen ist nichts anderes als Wärme - die Sonnenatmosphäre wird weiter oben wieder heißer.