gov-civil-vilareal.ptSpinzone: Der Kern der Sonne dreht sich viermal schneller als die Oberfläche
>Die Sonne ist der uns am nächsten liegende Stern im gesamten Universum, also könnte man meinen, wir wüssten am meisten darüber. Und das tun wir in vielerlei Hinsicht; Wir können die Oberfläche in hoher Auflösung betrachten und dort Details sehen, die wir bei anderen Sternen nicht sehen können.
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Aber es gibt noch vieles darüber, was wir nicht wissen, und viele Fragen bleiben unbeantwortet. Einige scheinen einfach genug. Zum Beispiel: Wie schnell dreht sich der Kern der Sonne?
Jetzt wissen wir : Es dreht sich fast genau einmal pro Woche. Das Seltsame ist, das ist viermal schneller als die Oberflächenrotation der Sonne! Das Innere der Sonne dreht sich schneller als das Äußere.
Hier gibt es also ein bisschen zu brechen, aber es ist ziemlich cool. OK, fein : Es ist heiß. Aber die Nachrichten sind cool.
Dieses Schnittdiagramm zeigt die inneren Schichten der Sonne und wie Druckwellen (p-Wellen) unter der Oberfläche und durch die Sonne herumprallen, während Gravitationswellen (g-Wellen) nicht aus dem tiefen Inneren zur Oberfläche gelangen . Kredit: ESA; (Chromosphäre der Sonne basierend auf dem SOHO-Bild; Kredit: SOHO (ESA & NASA))
Die Sonne ist keine feste Kugel, sondern eine riesige Gaskugel (technisch gesehen ein Plasma, ein Gas, in dem die Atome ein oder mehrere Elektronen verloren haben; das ist eigentlich wichtig, wie wir gleich sehen werden). Insgesamt ist die Sonne etwa 1,4 Millionen Kilometer breit. Im Zentrum sind Temperatur und Druck so hoch (15 Millionen Grad C und Hunderte von Milliarde mal den atmosphärischen Druck der Erde auf Meereshöhe!), dass Wasserstoffatome ineinander prallen und durch einen komplizierten Prozess zu Helium verschmelzen. Das setzt viel Energie frei — a Grundstück – und dafür scheint die Sonne. Diese Energie arbeitet sich aus dem Sonneninneren heraus und strahlt als Licht von der Oberfläche weg.
Die Region, in der Wasserstoff in Helium umgewandelt wird, wird als Kern bezeichnet und beträgt etwa 1/5NSdes Sonnendurchmessers: etwa 280.000 km breit (zum Vergleich etwas weniger als die Entfernung von der Erde zum Mond). Wir wissen, dass es dort ist, obwohl es unter einer halben Million Kilometer rasendem Plasma begraben ist, aufgrund der Physik der Funktionsweise der Sonne – die Entdeckung der Kernfusion war ein großer Durchbruch beim Verständnis der Sonnendynamik.
Wenn wir die Sonne von außen betrachten, sehen wir, wie sie sich dreht. Auch wenn die Oberfläche nicht fest ist und sich ständig verändert, gibt es ein paar Möglichkeiten, die Rotationsrate zu messen: Zum Beispiel können Sie Sonnenflecken beobachten und sie als Orientierungspunkte verwenden (na ja, Plasmamarken, nehme ich an). Wenn Sie dies tun, stellen Sie fest, dass sich die Sonne etwa alle paar Wochen einmal dreht. Darüber hinaus dreht es sich am Äquator mit einer höheren Geschwindigkeit als an den Polen; 25 gegen 35 Tage. Diese unterschiedliche Rotation ist wieder darauf zurückzuführen, dass die Sonne kein fester Körper ist und ein wenig herumschwappt.
Aber wie schnell dreht sich der Kern? Diese Zahl wurde lange gesucht und war wahnsinnig schwer fassbar. Eine neue Methode hat jedoch endlich die Antwort aufgedeckt ... und das liegt daran, dass die Sonne schwingt.
Zwischen Kern und Oberfläche befindet sich eine Region der Sonne, die als Konvektionszone bezeichnet wird, in der heißes Plasma aufsteigt und kühles Plasma absinkt, ähnlich wie Wasser in einer Pfanne kocht. Es gibt Tausende dieser Plasmazellen, die sich innerhalb der Sonne auf und ab bewegen, und sie bewegen das Material um sie herum. Dadurch entsteht eine Druckwelle, ähnlich einer Schallwelle. Wenn diese die Sonnenoberfläche erreichen, bringen sie diese zum Schwingen und diese Schwingungen können gemessen werden . Die Physik der Wellen ist gut genug verstanden, dass die Eigenschaften dieser Wellen verwendet werden können, um die Bedingungen im Inneren der Sonne zu messen, sodass wir herausfinden können, was tief unter der Oberfläche vorgeht, ohne es jemals direkt zu sehen. Die Wissenschaft davon heißt Helioseismologie .
Das Problem dabei ist, dass diese Druckwellen (auch p-Wellen ) reisen ziemlich schnell durch die dichten Regionen tief im Inneren der Sonne, sodass sie nicht empfindlich auf die relativ langsame Rotation des Kerns reagieren. Sie können nicht verwendet werden direkt um zu messen, wie schnell sich der Kern dreht.
Ah, aber es gibt eine andere Art von Welle, die als Gravitationswelle (oder G-Welle, nicht zu verwechseln mit Gravitationswellen, die sehr unterschiedlich sind) bezeichnet wird. Dies ist die gleiche Art von Welle, die Sie bekommen, wenn Sie sich in Ihrer Badewanne bewegen: Wasser wird nach oben gedrückt und die Schwerkraft zieht es wieder nach unten. Das Wasser nimmt beim Fallen an Geschwindigkeit zu und schießt ein wenig über, taucht ab und bildet eine Mulde zwischen den Kämmen. Diese Kämme werden heruntergezogen und so weiter, wodurch die G-Welle entsteht.
Bei der Sonne werden diese Wellen im Kern erzeugt, aber sie schaffen es nicht an die Oberfläche, sodass sie nicht direkt gemessen werden können. Arg!
Wenn sich p-Wellen durch die Sonne bewegen, schwingt die Oberfläche, wie dieses physikalische Modell zeigt, wie sich die Oberfläche auf und ab bewegt. Kredit: NSO/GONG
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Aber warte! Hier gibt es eine Lösung. Es stellt sich heraus, dass, wenn p-Wellen den Kern passieren, das Material, das sich unter dem Einfluss von g-Wellen bewegt, mit ihnen wechselwirkt und die Art und Weise verändert, wie sich p-Wellen durch ihn bewegen. Der Effekt ist unglaublich subtil, aber bei sorgfältiger Messung kann man ihn sehen.
Und endlich ist es soweit , mit dem ehrwürdigen Sonnen- und Heliosphären-Observatorium ( SOHO ), ein weltraumgestütztes Observatorium zur Beobachtung der Sonne. Ein Instrument an Bord von SOHO, genannt Global Oscillations at Low Frequencies (oder GOLF ) wurde entwickelt, um solare p-Wellen zu untersuchen. Durch Messungen über einen erstaunlichen Zeitraum von 16,5 Jahren (SOHO wurde 1995 gestartet) konnten Astronomen die subtile Wirkung von G-Wellen auf sie sehen. Diese Messungen zeigen, dass sich der Sonnenkern viel schneller dreht als die Oberfläche.
Dies wird seit Jahren vermutet und es ist schön zu sehen, dass es bestätigt wird. Und ich muss zugeben, als ich das hörte, bekam ich einen mentalen Schlag auf die Stirn. Ich hätte wissen müssen, dass sich der Kern schneller dreht!
Wieso den? Aus physikalischen Theorien gehen wir davon aus, dass sich Sterne bei ihrer Geburt schnell drehen. Auch die Beobachtung junger Sterne sieht dies vielfach bestätigt. Aber die Oberfläche der Sonne dreht sich nur einmal im Monat oder so. Dies liegt höchstwahrscheinlich an seinem Magnetfeld: dem starken Magnetismus, der im Inneren der Sonne erzeugt wird. Es ist nicht genau bekannt, wo der Magnetismus entsteht , aber sicherlich über dem Kern, in oder knapp über der Konvektionszone. Eine sehr bekannte Eigenschaft der Physik ist, dass sich bewegende geladene Teilchen ein Magnetfeld erzeugen und das Plasma, das sich im Konvektionsbereich der Sonne auf und ab bewegt, genau das tut.
Oberhalb der Sonnenoberfläche wirkt das Magnetfeld wie ein gigantisches Netz, das von der Sonne emittierte subatomare Partikel aufhebt und beschleunigt, wie ein Fischernetz Fische aufnimmt. Dabei drücken die Partikel das Magnetfeld ein wenig zurück. Da der Magnetismus im Material der Sonne verankert ist, wirkt dieser, über Milliarden von Jahren, um die Rotation der Sonne zu verlangsamen .
Aber das Magnetfeld ist nicht im Kern verankert. Das äußere Schichten verlangsamen sich, aber der Kern ist immer noch frei, sich schneller zu drehen. Sicher, Reibung wird sie verlangsamen, aber selbst nach 4,5 Milliarden Jahren wird sie sich immer noch schneller drehen als die Sonnenoberfläche – eine Plasmakugel mit einem Durchmesser von fast 300.000 km hat eine beträchtliche Menge an Impuls. Ich studiere die Sonne nicht speziell, aber ich wusste das alles und hätte es mir selbst zusammensetzen können. Es ist mir nie in den Sinn gekommen, aber jetzt scheint es offensichtlich zu sein. Ah, gut.
Also auf jeden Fall ist das ziemlich schick. Wir haben nicht viele Möglichkeiten, den Kern der Sonne zu untersuchen, und jetzt haben wir eine neue, die sehr vielversprechend aussieht. Die Rotation ist nur eine von vielen Eigenschaften des Kerns, die wir mit dieser Methode lernen können. Es ist wie ein Fenster, das es uns ermöglicht, über die tausend Tonnen Plasma in der Sonne hinweg zu sehen und Informationen über die Tiefen darunter zu erhalten.
Kissenverlagerungsmethode
Wir untersuchen die Sonne seit Jahrhunderten, aber es gibt noch so viel über sie zu lernen! Es ist sehr willkommen, ein neues Werkzeug zu haben, um es zu studieren.
