Zwei aktive Regionen der Sonne, beobachtet mit dem Solar Dynamics Observatory im extremen UV-Licht. Geladene Teilchen folgen den Magnetfeldlinien und machen diese als Bögen sichtbar.
Copyright: NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory
Dresden (Deutschland) – Eine aktuelle Studie bekräftigt den Einfluss von Planetenkonstellationen auf die Sonnenaktivität. Demnach beeinflussen die Gezeitenkräfte von Venus, Erde und Jupiter in einer ganz bestimmten Konstellation tatsächlich das Magnetfeld der Sonne und so deren 11-jährigen Sonnenzyklus.
Wie das Team um Dr. Frank Stefani, vom Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) aktuell im Fachjournal „Solar Physics“ (DOI: 10.1007/s11207-019-1447-1) berichtet, sei es eine der großen Fragen der Sonnenphysik, warum die Aktivität der Sonne einem regelmäßigen 11-Jahres-Rhythmus folgt: „Für einen Stern wie die Sonne ist es an sich nicht ungewöhnlich, dass die magnetische Aktivität zyklisch schwankt. Allerdings können bisherige Modelle den sehr regelmäßigen Zyklus der Sonne nicht zufriedenstellend erklären.“
Schon 2016 hatte das Forscherteam um Stefani Belege für einen Einfluss der Planeten auf den Sonnenzyklus publiziert (…GreWi berichtete). Nun ist es den HZDR-Wissenschaftlern gelungen anhand weiterer Beweise zu zeigen, dass die Gezeitenwirkung der Planeten auf die Sonne wie eine äußere Uhr den entscheidenden Ausschlag für deren gleichförmigen Rhythmus gibt.
Hierzu verglichen die Forscher historische Beobachtungen der Sonnenaktivität über die letzten tausend Jahre systematisch mit Planetenkonstellationen und wiesen nun statistisch die Kopplung der beiden Phänomene nach: „Die Übereinstimmung ist erstaunlich genau: Wir sehen eine völlige Parallelität mit den Planeten über 90 Zyklen hinweg“, berichtet Stefani. „Alles deutet auf einen getakteten Prozess hin.“
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Ähnlich wie die Anziehungskraft des Mondes die Gezeiten auf der Erde hervorruft, so könnten also auch die Planeten das heiße Plasma auf der Sonnenoberfläche verschieben. Die Gezeitenwirkung sei dann am stärksten, wenn die Planeten Venus, Erde und Jupiter in einer Linie stehen; eine Konstellation, wie sie tatsächlich alle 11,07 Jahre auftritt. Zugleich sei der Effekt allerdings zu schwach, um die Strömung im Sonneninneren signifikant zu stören, weswegen die zeitliche Koinzidenz lange nicht weiter beachtet wurde.
Desweiteren fanden die HZDR-Forscher Indizien für einen möglichen indirekten Mechanismus, über den die Gezeitenkräfte das Sonnen-Magnetfeld beeinflussen könnten: Schwingungen der sog. Tayler-Instabilität – ein physikalischer Effekt, der ab einem gewissen Strom das Verhalten einer leitfähigen Flüssigkeit oder eines Plasmas verändern kann. Auf dieser Idee aufbauend konstruierten die Wissenschaftler 2016 ein erstes Modell, das sie in ihrer jetzigen Arbeit nochmals zu einem realistischeren Szenario weiterentwickeln: „Im heißen Plasma der Sonne erzeugt die Tayler-Instabilität Störungen der Strömung und des Magnetfelds. Sie reagiert dabei selbst auf sehr geringe Kräfte empfindlich. Ein kleiner Energieschubs genügt, damit die Störungen zwischen einer rechtshändigen und linkshändigen Verschraubungsrichtung (Helizität) hin- und herpendeln. Den notwendigen Impuls könnte die Gezeitenwirkung der Planeten alle elf Jahre geben – und so letztendlich auch den Rhythmus vorgeben, in dem das Magnetfeld der Sonne umpolt.“
„Als ich das erste Mal von Ideen las, die den Sonnendynamo mit Planeten in Verbindung bringen, war ich äußerst skeptisch“, gesteht Stefani ein. „Als wir jedoch in unseren Computersimulationen Helizitäts-Schwingungen der stromgetriebenen Tayler-Instabilität entdeckten, fragte ich mich: Was passiert, wenn man mit einer leichten, gezeitenartigen Störung auf das Plasma einwirkt? Das Ergebnis war phänomenal. Die Schwingung wurde richtig angefacht und mit dem Takt der äußeren Störung synchronisiert.“
Hintergrund
Im Standard-Szenario eines Dynamos erzeugen die Rotation und die komplexen Bewegungen des Plasmas der Sonne ein sich zyklisch veränderndes Magnetfeld. Zwei Effekte spielen hier zusammen: Am Äquator der Sonne rotiert das Plasma schneller als an den Polen. Dies führt zum Omega-Effekt: Die im Plasma eingefrorenen Magnetfeldlinien wickeln sich um die Sonnenkugel auf und wandeln das Magnetfeld in ein nahezu parallel zum Äquator der Sonne ausgerichtetes Feld um. Der Alpha-Effekt beschreibt einen Mechanismus, der Magnetfeldlinien verwindet und das Magnetfeld wieder in Nord-Südrichtung zwingt.
Was genau den Alpha-Effekt verursacht, ist bisher aber umstritten.
Stefanis neues Modell macht dafür teilweise die Tayler-Instabilität verantwortlich. Am plausibelsten erscheint den Forschern ein Szenario, in dem sie einen klassischen Sonnendynamo mit den durch die Planeten angeregten Modulationen kombinieren. „Die Sonne wäre dann doch ein ganz normaler, älterer Stern, dessen Dynamozyklus aber durch die Gezeiten synchronisiert wird“, fasst Stefani zusammen. „Das Schöne an unserem neuen Modell ist: Wir können jetzt ganz zwanglos Effekte erklären, die bisher nur schwierig zu modellieren waren, beispielsweise ‚falsche‘ Helizitäten, wie sie bei Studien von Sonnenflecken beobachtet werden, oder das bekannte Doppel-Maximum in der Aktivitätskurve der Sonne.“
Auf diese Weise könnten die Gezeitenkräfte der Planeten neben ihrer Rolle als Taktgeber für den 11-Jahres-Zyklus auch weitere Effekte auf die Sonne haben: „Zum Beispiel wäre denkbar, dass sie die Schichtung des Plasmas im Grenzbereich zwischen innerer Strahlungszone und äußerer Konvektionszone der Sonne, der Tachokline, so verändern, dass der magnetische Fluss leichter abgeführt werden kann. Unter diesen Bedingungen könnte sich auch die Stärke der Aktivitätszyklen verändern, so wie einst beim ‚Maunder Minimum‘ die Sonnenaktivität über eine längere Phase deutlich zurückging.“
Ein genaueres Modell des Sonnendynamos würde langfristig helfen, klimarelevante Prozesse wie das Weltraumwetter besser zu quantifizieren und vielleicht sogar eines Tages Klimaprognosen zu verbessern.
Die neuen Modellrechnungen bedeuten aber auch, dass neben der Gezeitenwirkung potenziell weitere, bislang unbeachtete Mechanismen in die Theorie des Sonnendynamo integriert werden müssen, deren Kräfte klein sind, und die – wie die Forscher jetzt wissen – dennoch eine große Wirkung entfalten können. Um diese grundsätzliche Fragestellung auch im Labor untersuchen zu können, bereiten die Forscher zurzeit ein neues Flüssigmetall-Experiment am HZDR vor.
WEITERE MELDUNGEN ZUM THEMA
Geben Planetenkonjuktionen den Takt des Sonnenzyklus vor? 22. September 2016
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