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Durchbruch: hochauflösende Aufnahme eines X‑Klassen‑Sonnenflares
Das Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) auf Hawaii hat die bislang hochauflösendsten Bilder eines Sonnenflares aufgenommen und dabei filigrane Strukturen in der Sonnenatmosphäre sichtbar gemacht, die zuvor nicht aufgelöst werden konnten. Das Instrument beobachtete die Endphasen eines starken X‑Klassen‑Flares am 8. August 2024 und lieferte rekordverdächtige Aufnahmen von Plasmaschleifen und magnetischer Struktur in der Nähe der Sonnenoberfläche.
Das Inouye Solar Telescope nahm dieses Bild eines Sonnenflares am 8. August 2024 auf. (Bildnachweis: NSF/NSO/AURA, CC-BY)
Forscher richteten den Visible Broadband Imager von DKIST auf die aktive Region, in der der Flare stattfand, und dokumentierten chaotische Bündel leuchtenden Plasmas — sogenannte koronale Schleifen — mit einer räumlichen Klarheit, die bisher unerreicht war. Diese Beobachtungen erlauben einen genaueren Blick auf die kleinräumigen Merkmale, die während Flares Energie erzeugen und leiten, und liefern neue Einschränkungen für Modelle der Sonnenaktivität und der Vorhersage des Weltraumwetters.
Wissenschaftlicher Hintergrund: Was Sonnenflares und koronale Schleifen uns sagen
Sonnenflares sind plötzliche Freisetzungen magnetischer Energie in der Sonnenatmosphäre, die intensive Lichtausbrüche, energiereiche Teilchen und Plasmaflüsse produzieren. Sie entstehen, wenn Magnetfeldlinien in der Korona verdreht und belastet werden, bis sie sich wieder verbinden — ein Prozess, der als magnetische Rekonnektion bezeichnet wird — und dabei gespeicherte magnetische Energie als Strahlung und beschleunigte Teilchen freisetzen. Koronale Schleifen sind bogenförmige Plasmastrukturen, die Magnetfeldlinien nachzeichnen und häufig als gebündelte Arkaden über aktiven Regionen auftreten.
Frühere boden- und weltraumgestützte Teleskope hatten nicht die räumliche Auflösung, um einzelne Stränge innerhalb dieser Arkaden zu trennen. DKISTs größere Öffnung und seine fortschrittlichen Bildgebungssysteme reduzieren die atmosphärische Verzerrung und schärfen Details, sodass Messungen von Schleifenbreiten und Feinstrukturen möglich werden. In der neuen Studie, die am 25. August in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, analysierte das Team Bilder des Visible Broadband Imager von DKIST und berichtete durchschnittliche Schleifenbreiten von knapp 30 Meilen (48 Kilometern), wobei einige Stränge sich auf etwa 13 Meilen (21 Kilometer) verengten — nahe an der Auflösungsgrenze des Teleskops.
Instrumentendetails und wichtigste Beobachtungsergebnisse
Visible Broadband Imager und Beobachtungsbedingungen
Der Visible Broadband Imager von DKIST nimmt hochfrequente, hochauflösende Aufnahmen im sichtbaren Wellenlängenbereich auf, optimiert für die Untersuchung dynamischer Sonnenphänomene wie Flares, Sonnenflecken und feiner magnetischer Strukturen. Der Flare am 8. August wurde bei ausgezeichneten Seeing‑Bedingungen aufgezeichnet, sodass das Team Merkmale bis an die Beugungsgrenze des Teleskops auflösen konnte.
Gemessene Schleifenskalen und magnetische Struktur
Die Analyse zeigt, dass viele koronale Schleifen deutlich schmaler sind als bisher aufgelöst, was darauf hindeutet, dass frühere Instrumente, die große einzelne Schleifen sahen, in Wirklichkeit Bündel viel dünnerer Stränge erfassten. Wenn diese dünnen Stränge die grundlegenden Bausteine größerer Arkaden sind, verändert dies die Modellierung der Energiespeicherung und -freisetzung in der Korona und präzisiert die räumlichen Skalen, auf denen magnetische Rekonnektion wirken kann.
„Einen X‑Klassen‑Flare mit DKIST unter so günstigen Bedingungen einzufangen, ermöglichte es uns, räumliche Skalen zu untersuchen, über die wir bisher nur theoretisiert haben“, sagte ein Koautor von der University of Colorado Boulder. Das Team betonte, dass die Beobachtung einzelner Schleifenstränge die Tür öffnet, ihre Entstehung, Entwicklung und die Mikrophysik der Rekonnektion in bislang unerreichter Detailtiefe zu studieren.
Auswirkungen auf Weltraumwetter und Sonnenphysik
Hochauflösende Beobachtungen von Flarefußpunkten und Schleifensträngen verbessern unsere Möglichkeiten, zu modellieren, wie Flares Teilchen beschleunigen und die Korona aufheizen. Bessere Modelle können zu genaueren Vorhersagen von Weltraumwetter‑Ereignissen führen, die Funkkommunikation, Satellitenbetrieb und Stromnetze stören können, wenn Flares und begleitende koronale Massenauswürfe erdgerichtet sind. Diese DKIST‑Messungen liefern außerdem wichtige Referenzwerte für numerische Simulationen magnetisierter Plasmen in der Sonnenatmosphäre.
Experteneinschätzung Dr. Elena Marquez, Solarphysikerin (fiktiv) am Institute for Solar Research, kommentierte: „Die Auflösung von Strängen im Bereich von einigen zehn Kilometern verändert unser Verständnis der Flaredynamik. Solche Daten erlauben es Theoretikern und Modellierern, Rekonnektionsraten und Energietransportprozesse in einer Weise zu justieren, die zuvor spekulativ war.“
Zukünftige Aussichten und verwandte Technologien
Fortgesetzte DKIST‑Beobachtungen, kombiniert mit weltraumgestützten Instrumenten wie der NASA Solar Dynamics Observatory und bevorstehenden Missionen, ermöglichen multiwellenlängen‑ und multiskalige Untersuchungen von Flares. Fortschritte in adaptiver Optik, Bildrekonstruktion und Hochgeschwindigkeitsspektroskopie werden Messungen von Temperatur, Dichte und Magnetfeld in diesen Feinstrukturen weiter verfeinern. Zusammen werden diese Werkzeuge sowohl die Grundlagenforschung in der Sonnenphysik als auch die angewandte Vorhersage des Weltraumwetters voranbringen.
Fazit
Die rekordverdächtigen Bilder eines X‑Klassen‑Sonnenflares durch DKIST markieren einen Meilenstein in der Sonnenastronomie: Zum ersten Mal konnten einzelne koronale Schleifen und ihre Unterstruktur in Maßstäben von einigen Dutzend Kilometern aufgelöst werden. Diese Beobachtungen schärfen unseren Blick auf die magnetische Architektur und die physikalischen Prozesse, die Sonnenflares antreiben, und liefern wichtige Daten zur Verbesserung prädiktiver Modelle des Weltraumwetters. Während DKIST die Sonne mit beispielloser Klarheit weiter beobachtet, erwarten Sonnenphysiker weitere Entdeckungen über die kleinskaligen Mechanismen, die die energiereichsten Ereignisse des Sterns antreiben.
Quelle: livescience
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