Wissenschaftler haben Sonnenmuster entdeckt, die helfen könnten, das Weltraumwetter zu verstehen

Laut Science Alert könnte das fehlende Teil mit ungewöhnlichen Mustern hoher Energie zusammenhängen, die von der Sonnenoberfläche ausbrechen Aktuelle Forschung.

Wir sind es gewohnt, von den ultravioletten Strahlen der Sonne zu hören, vor denen wir uns mit Sonnenschutzmitteln schützen. Die Sonne sendet auch viel stärkere Gammastrahlen aus, die energiereichsten Wellen auf der Erde Elektromagnetisches Feld. Jedes Gammastrahlenphoton trägt eine Milliarde Mal mehr Energie als ein ultraviolettes Photon.

Gammastrahlen wirken sich nicht direkt auf Menschen auf der Erdoberfläche aus, da die Photonen von der Atmosphäre absorbiert werden. Wissenschaftler untersuchen jedoch, ob einige dieser hochenergetischen Strahlen die Sonnenaktivität verfolgen können, beispielsweise die starken Ausbrüche der Sonne wie Sonneneruptionen oder Explosionen auf ihrer Oberfläche. Solche gewaltigen Ereignisse können „Weltraumwetter“ erzeugen, das die Erde treffen, den Satellitenbetrieb beeinträchtigen und Eisenbahn- oder Stromsysteme zerstören kann.

Die Vorhersage extremer Sonnenereignisse würde unser Verständnis der Sonne enorm verbessern, so wie die Vorhersage eines Erdbebens, bevor es eintritt.

In einer kürzlich durchgeführten Studie fanden Wissenschaftler heraus, dass einige Teile der Sonne intensivere Gammastrahlen aussenden als andere. Dies ist ein überraschender Befund, da frühere Modelle darauf hindeuteten, dass Gammastrahlen über die Sonne gleichmäßig verteilt sein sollten. Die neuesten Untersuchungen ergaben, dass die Pole der Sonne in den Momenten, in denen sich die nördlichen und südlichen Magnetfelder der Sonne umkehren, die höchste Strahlung aussenden.

„Es geht darum, bessere Werkzeuge zur Vorhersage der Sonnenaktivität zu haben“, sagte Bruno Arseoli, Co-Autor und Forscher an der Universität Lissabon und der Universität Triest. „Vielleicht können wir diese neuen Informationen aus sehr hohen Energien nutzen, um unseren Modellen dabei zu helfen, das Verhalten der Sonne vorherzusagen.“

Die wissenschaftliche Begründung für diesen seltsamen Trend bleibt ein Rätsel, sagen die Autoren. Aber das Magnetfeld der Sonne wird wahrscheinlich in den nächsten ein oder zwei Jahren umkippen, was es Wissenschaftlern ermöglichen wird, dieses seltsame Phänomen in Echtzeit zu beobachten und weitere Daten zu sammeln, um dieses Phänomen zu erklären.

Symmetrie unter der Sonnenoberfläche

Gammastrahlen sind die Könige aller Energie. Sie werden von den energiereichsten Objekten in unserem Universum erzeugt, beispielsweise von Supernova-Explosionen oder Neutronensternen. Auch nukleare Explosionen und Blitze auf der Erde können Gammastrahlen erzeugen.

Auch die Sonne kann auf verschiedene Weise Gammastrahlen aussenden. Wenn eine Sonneneruption Gas und Plasma von ihrer Oberfläche ausstößt, können auch Gammastrahlen emittiert werden, allerdings mit relativ geringem Energieniveau.

Die größte Quelle solarer Gammastrahlung entsteht, wenn die Sonne von hochenergetischen Teilchen bombardiert wird, die von Supernovas und Neutronensternen im ganzen Universum emittiert werden und kosmische Strahlung genannt werden. Wenn ein geladenes kosmisches Teilchen auf die Sonne trifft, wird es vom Magnetfeld der Sonne umkreist und kommt wieder heraus. Auf seinem Weg nach draußen kollidiert es mit Gas auf der Sonnenoberfläche und regt Sonnenteilchen zu Gammastrahlenphotonen an.

Der Astrophysiker Tim Linden sagte, dass diese Umwandlung von Gammastrahlen in einer Tiefe von 100 bis 1.000 Kilometern unter der Sonnenoberfläche stattfinden könnte, wo das Magnetfeld stark genug ist, um kosmische Strahlung abzulenken.

„Mit Gammastrahlen in der Sonne können wir einige tausend Kilometer tief sehen“, sagte Linden, ein Astrophysiker an der Universität Stockholm, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. „Welche Es könnte Ihnen eine Untersuchung dessen liefern, was tief unter der Sonnenoberfläche vor sich geht.

Die Aktivität der Sonne ist nicht konstant. Alle 11 Jahre erfährt unser Wirtsstern einen Kostümwechsel, wenn seine magnetischen Nord- und Südpole ihre Position ändern, was als Sonnenzyklus bekannt ist. Wenn sich die Pole umdrehen, ändert sich das Aktivitätsniveau auf der Sonnenoberfläche. Die Sonne ist zu Beginn am wenigsten aktiv, was als Sonnenminimum bekannt ist, und am aktivsten in der Mitte, wenn die magnetischen Pole offiziell umschlagen, was als Sonnenmaximum bekannt ist. Es wird erwartet, dass die Sonne im nächsten Jahr oder so ihr solares Maximum erreicht.

In der neuen Studie untersuchten Forscher anhand von Daten, die vom Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA gesammelt wurden, wie sich die solare Gammastrahlung über einen gesamten Sonnenzyklus verändert. Sie fanden heraus, dass die Gammastrahlung an den Polen der Sonne am intensivsten war, wo die Sonnenaktivität während des Zyklus ihren Höhepunkt erreichte und mit der formalen Umkehrung der Magnetfelder zusammenfiel.

„Das war unerwartet“, sagte Arceoli. „Es ist einfach etwas Neues, das wir über die Sonne entdecken.“

Linden fügte hinzu, dass diese Entdeckung überraschend sei, da sich die tatsächliche Stärke des Sonnenmagnetfelds über einen Zeitraum von 11 Jahren kaum verändere. Während der Spitzenaktivität wird das Magnetfeld der Sonne stärker verworren, was zu mehr Aktivität wie Fackeln und Explosionen auf der Oberfläche führt, aber die Gesamtstärke ändert sich nicht unbedingt.

„Niemand hatte ein Modell, das besagte, dass bestimmte Teile der Sonne als Funktion des Sonnenzyklus heller sein würden als andere“, sagte Linden, aber frühere Studien hatten auf ein ungewöhnliches Muster hingewiesen. Er zeigte, dass bestimmte Bereiche der Sonne in A heller sind als andere Vorherige StudieDiese neue Studie analysiert die Trends jedoch detaillierter.

Jetzt müssen die Modelle und das Verständnis der Gammaenergien unserer Sonne überprüft werden. Da diese schiefe Struktur dann auftritt, wenn die Sonne ihren magnetischen Kern passiert, ist es möglich, dass die Gammastrahlen mit der magnetischen Bildung und der Sonnenaktivität zusammenhängen, sagte Arcioli.

Elena Orlando, Studienautorin und Forscherin an der Universität Triest und der Stanford University, sagte, die genaue Erklärung bleibe ein Rätsel. Eine Idee könnte sein, dass kosmische Strahlung während des Sonnenmaximums verschiedene Regionen trifft. Oder vielleicht haben die Pole während des Sonnenmaximums etwas Besonderes, das mehr kosmische Strahlung anzieht, um sie zu erreichen. Es könnte auch eine völlig andere Interpretation geben.

„Dies deutet darauf hin, dass Gammastrahlen Informationen über die Sonnenaktivität enthalten“, sagte Arseoli. „Es eröffnet dieser Vereinigung gewissermaßen ein neues Forschungsgebiet.“

Ein potenzielles Werkzeug zur Vorhersage der Sonnenaktivität

Die Vorhersage eines extremen Sonnenereignisses ist wie die Vorhersage eines Erdbebens. Untergrundprozesse beginnen sich zu verschieben und können zu Aktivitäten an der Oberfläche führen, es ist jedoch schwierig, genau vorherzusagen, wann und wo.

„Diese Studie trägt dazu bei, unser Wissen darüber zu erweitern, wo genau Gammastrahlen auf der Sonnenoberfläche entstehen“, sagte der Teilchenphysiker Mihr On Nisa, der nicht an der Studie beteiligt war.

Frühere Studien haben auch gezeigt, dass Gammastrahlen nicht gleichmäßig über die Sonne leuchten, aber dies ist die erste Studie, die eine Veränderung während der höchsten Sonnenaktivität zeigt.

Orlando sagte, Gammastrahlen könnten helfen, frühzeitig einen Blick auf Prozesse auf der Oberfläche zu werfen und Hinweise auf den allgemeinen Zustand der Sonne zu geben. Beispielsweise könnte ein Anstieg der Gammastrahlung an den Polen darauf hinweisen, dass sich das Magnetfeld der Sonne gerade umkehrt und die Aktivität der Sonne zunimmt – was zu mehr Sonneneruptionen führen könnte, die die Erde treffen könnten.

Zukünftige Studien könnten auch untersuchen, wie sich die Gammastrahlung verändert, bevor es zu einer großen Sonneneruption kommt, sagte Linden, und die Beobachtungen möglicherweise als Prognoseinstrument nutzen – ähnlich wie die Bestimmung, ob es aufgrund der Wetterbedingungen auf der Erde regnen wird.

„Die gleichen Magnetfelder, die für die Modulation der hochenergetischen Teilchen verantwortlich sind, die diese Gammastrahlen erzeugen, sind auch für die Höhen und Tiefen des Weltraumwetters verantwortlich“, sagte Nyssa. „Unabhängig davon, ob das Leben durch das Weltraumwetter gestört wird, wird ein richtiges Verständnis der Physik unseres nächsten Sterns unser Wissen über unseren Platz im Universum nur erweitern.“

Dieser Artikel ist Teil von Verborgener Planeteine Kolumne, die die wundersame, unerwartete und bizarre Wissenschaft unseres Planeten und darüber hinaus erforscht.