Bei einer Sonneneruption hat die Parker Solar Probe die magnetische Rekonnexion in der Korona erstmals hautnah miterlebt. Auch Solar Orbiter hat das Ereignis verfolgt.
Zur richtigen Zeit am richtigen Ort – das war die NASA-Raumsonde Parker Solar Probe am 5. und 6. September 2022 bei ihrem Flug durch die Korona, die äußere Atmosphäre der Sonne. Aktuelle Auswertungen zeigen, dass die Sonde eine besonders spannende Region durchquerte: Im Zusammenhang mit einem heftigen Strahlungsausbruch ordnete sich dort die Struktur des Sonnenmagnetfeldes grundlegend um. Dieser Prozess, den Forschende als magnetische Rekonnexion bezeichnen, setzt große Energiemengen frei. Zeitgleich mit der Parker Solar Probe beobachtete die ESA-Raumsonde Solar Orbiter das Geschehen aus größerer Entfernung. Die Daten beider Sonden legen nahe, dass der Prozess der Rekonnexion mehr als 24 Stunden anhielt. Forschende unter Leitung des Southwest Research Institute (USA) berichten von den Ergebnissen in der Fachzeitschrift Nature Astronomy. Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) ist an der Studie beteiligt.
Die Sonne hüllt sich in eine Atmosphäre aus bis zu eine Million Grad heißem Plasma. Starke, veränderliche Magnetfelder bestimmen dort das Geschehen und lenken die Plasmaströme. Von Rekonnexion sprechen Forschende, wenn sich die Magnetfeldlinien stellenweise neu ordnen und so im Magnetfeld gespeicherte Energie freigesetzt wird. Oft löst dies Eruptionen aus, in denen die Sonne Teilchen und Strahlung ins All schleudert. Besonders heftige Ausbrüche können gefährlich sein: Breitet sich das solare Bombardement in Richtung Erde aus, können Kommunikationssysteme, Stromnetze und Satelliten zu Schaden kommen. Modelle, die die magnetische Rekonnexion möglichst genau beschreiben, tragen dazu bei, solche Ereignisse frühzeitig vorherzusagen.
Eine einzigartige Möglichkeit, genauer als je zuvor hinzusehen, bot die Sonneneruption vom 5. und 6. September 2022. Die Raumsonde Parker Solar Probe hatte zu diesem Zeitpunkt den sonnennächsten Punkt ihrer Umlaufbahn um unseren Zentralstern erreicht und durchquerte die Korona der Sonne. Weniger als zehn Millionen Kilometer trennten Sonde und Stern. Zeitgleich blickte die Raumsonde Solar Orbiter aus einem Abstand von etwas mehr als 100 Millionen Kilometern auf die Magnetfelder an der sichtbaren Oberfläche der Sonne. Dort haben die koronalen Magnetfelder ihren Ursprung.
Die aktuellen Auswertungen der Messdaten beider Sonden legen nun nahe, dass die Parker Solar Probe an diesem Tag tatsächlich ein Rekonnexionsgebiet in der äußeren Sonnenatmosphäre passierte. Die Rekonnexion dauerten etwa 24 Stunden an. Solch langwierige magnetischen Umbauarbeiten waren bisher noch nie direkt gemessen worden. Die Daten tragen dazu bei zu verstehen, wie bei der magnetischen Rekonnexion Energie übertragen wird und Teilchen ins All beschleunigt werden. Wie sich zeigt, bestätigen die Messungen gängige Modelle, die diesen Vorgang beschreiben, und können helfen, unser Verständnis der Rekonnexion weiter zu verfeinern. So ist beispielsweise noch unklar, warum manche Rekonnexionsereignisse von kurzer Dauer sind, andere sich aber über viele Stunden erstrecken.
Die Parker Solar Probe der NASA startete im August 2018 ins All mit dem Ziel, die „Sonne zu berühren“. Ihre Umlaufbahnen sind stark elliptisch und führen die Sonde seit 2021 immer wieder durch die äußere Atmosphäre der Sonne. Dort untersucht die Sonde an Ort und Stelle die elektromagnetischen Felder, Wellen und Teilchen, die sie umgeben. Wegen ihrer außergewöhnlichen Nähe zur Sonne ist es der Parker Solar Probe jedoch nicht möglich, direkt auf unseren Stern zu schauen. Instrumente und Sonde würden überhitzen. Für Abhilfe sorgt seit 2020 die ESA-Raumsonde Solar Orbiter. Der Sonnenspäher hält zwar größeren Abstand zum solaren Feuerball, sammelt aber Messdaten aus allen Schichten der Sonne. Einige der Messinstrumente sind dabei direkt auf unseren Stern gerichtet. Das Instrument Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI), das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, bildet die Vorgänge an der Oberfläche der Sonne ab und misst unter anderem Richtung und Stärke des Magnetfeldes dort.