Die NASA betritt zum ersten Mal die Sonnenatmosphäre und präsentiert neue Entdeckungen

Zum ersten Mal in der Geschichte hat ein Raumschiff die Sonne berührt. Die Parker Solar Probe der NASA ist nun durch die obere Atmosphäre der Sonne – die Corona – geflogen und hat dort Partikel und Magnetfelder abgetastet.

Der neue Meilenstein markiert einen großen Schritt für Parker Solar Probe und einen großen Sprung für die Solarwissenschaft. So wie die Landung auf dem Mond es den Wissenschaftlern ermöglichte, zu verstehen, wie er entstand, wird das Berühren des Stoffes, aus dem die Sonne besteht, Wissenschaftlern helfen, wichtige Informationen über unseren nächsten Stern und seinen Einfluß auf das Sonnensystem zu finden.

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Mary P. Hrybyk-Keith

„Die Berührung der Parker Solar Probe mit der Sonne ist ein monumentaler Moment für die Solarwissenschaft und eine wirklich bemerkenswerte Leistung“, sagte Thomas Zurbuchen, stellvertretender Administrator des Science Mission Directorate am NASA-Hauptquartier in Washington. „Dieser Meilenstein verschafft uns nicht nur tiefere Einblicke in die Entwicklung unserer Sonne und ihre Auswirkungen auf unser Sonnensystem, sondern alles, was wir über unseren eigenen Stern lernen, lehrt uns auch mehr über die Sterne im Rest des Universums.“

Während es näher an der Sonnenoberfläche kreist, macht Parker neue Entdeckungen, daß andere Raumfahrzeuge zu weit entfernt waren, um sie zu sehen, einschließlich des Sonnenwinds – des Teilchenstroms von der Sonne, der uns auf der Erde beeinflussen kann. Im Jahr 2019 entdeckte Parker, daß magnetische Zick-Zack-Strukturen im Sonnenwind, sogenannte Serpentinen, in der Nähe der Sonne reichlich vorhanden sind. Doch wie und wo sie entstehen, blieb ein Rätsel. Seitdem hat sich die Entfernung zur Sonne halbiert, Parker Solar Probe ist jüngst nahe genug vorbeigekommen, um einen Ort zu identifizieren, an dem sie entstehen: die Sonnenoberfläche.

Die erste Passage durch die Corona – und das Versprechen weiterer Vorbeiflüge – wird weiterhin Daten zu Phänomenen liefern, die aus der Ferne nicht untersucht werden können.

„Die Parker Solar Probe fliegt der Sonne so nahe, daß sie jetzt Bedingungen in der magnetisch dominierten Schicht der Sonnenatmosphäre – der Corona – wahrnimmt, die wir vorher nie auswerten konnten“, sagte Nour Raouafi, der Wissenschaftler des Parker-Projekts am Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. „Wir sehen Beweise dafür, daß wir uns in der Corona befinden, in Magnetfelddaten, Sonnenwinddaten und visuell in Bildern. Wir können die Raumsonde tatsächlich durch koronale Strukturen fliegen sehen, die während einer totalen Sonnenfinsternis beobachtet werden können.“

Die Parker Solar Probe wurde 2018 gestartet, um die Geheimnisse der Sonne zu erforschen, indem sie näher an sie herankommt als jedes andere Raumfahrzeug zuvor. Drei Jahre nach der Markteinführung und Jahrzehnte nach der ersten Konzeption ist Parker endlich angekommen.

Im Gegensatz zur Erde hat die Sonne keine feste Oberfläche. Aber es hat eine überhitzte Atmosphäre, die aus Sonnenmaterial besteht, das durch Schwerkraft und magnetische Kräfte an die Sonne gebunden ist. Da steigende Hitze und Druck dieses Material von der Sonne wegdrücken, erreicht es einen Punkt, an dem Schwerkraft und Magnetfelder zu schwach sind, um es einzudämmen.

Dieser Punkt, bekannt als die kritische Alfvén-Oberfläche, markiert das Ende der Sonnenatmosphäre und den Beginn des Sonnenwinds. Sonnenmaterial mit der Energie, um diese Grenze zu überwinden, wird zum Sonnenwind, der das Magnetfeld der Sonne mit sich zieht, während es durch das Sonnensystem, zur Erde und darüber hinaus rast. Wichtig ist, daß sich der Sonnenwind jenseits der kritischen Oberfläche von Alfvén so schnell bewegt, daß die Wellen im Wind niemals schnell genug wandern können, um zur Sonne zurückzukehren – und ihre Verbindung durchtrennen.

Bisher waren sich die Forscher nicht sicher, wo genau die kritische Oberfläche von Alfvén lag. Basierend auf entfernten Bildern der Corona hatten Schätzungen sie zwischen 10 und 20 Sonnenradien von der Sonnenoberfläche entfernt – 4,3 bis 8,6 Millionen Meilen. Parkers spiralförmige Flugbahn bringt es langsam näher an die Sonne und während der letzten paar Durchläufe war die Raumsonde konstant unter 20 Sonnenradien (91 Prozent des Erdabstands von der Sonne), was sie in die Lage versetzt, die Grenze zu überschreiten – wenn die Schätzungen korrekt waren.

Am 28. April 2021, während ihres achten Vorbeiflugs an der Sonne, stieß die Parker Solar Probe auf die spezifischen magnetischen und Teilchenbedingungen bei 18,8 Sonnenradien (etwa 8,1 Millionen Meilen) über der Sonnenoberfläche, die den Wissenschaftlern mitteilten, daß sie die kritische Oberfläche von Alfvén zum ersten Mal erreichte und trat schließlich in die Sonnenatmosphäre ein.

„Wir haben voll erwartet, daß wir früher oder später zumindest für kurze Zeit auf die Corona treffen würden“, sagte Justin Kasper, Hauptautor eines neuen Papiers über den in Physical Review Letters veröffentlichten Meilenstein und stellvertretender Chief Technology Officer bei BWX Technologies, Inc. und Professor an der University of Michigan. „Aber es ist sehr spannend, daß wir es schon erreicht haben.“

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