Der Sonnenzyklus 1985-2020.
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Dresden (Deutschland) – Unser Zentralgestirn, die Sonne, unterliegt einem rund 11- bzw. 22-jährigen Aktivitätszyklus. Alle 11 Jahre stehen auch die Planeten Venus, Erde und Jupiter in einer linearen Konstellation mit der Sonne. Diese Konjunktion, bzw. deren Gezeitenwirkung könnte – so eine neue Theorie deutscher Sonnenforscher – als Taktgeber für den Sonnenzyklus wirken.
Wie die Forscher um Dr. Frank Stefani vom Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) aktuell im Fachjournal „Solar Physics“ (DOI: 10.1007/s11207-016-0968-0) berichten, wird die Sonnenaktivität vom Magnetfeld der Sonne bestimmt: „Für dieses sind zwei gekoppelte Effekte verantwortlich: Der Omega-Effekt beruht auf der unterschiedlich schnellen Rotation des heißen und leitfähigen Plasmas, aus dem die Sonne besteht. So bildet sich ein Magnetfeld in Form zweier Ringe nördlich und südlich des Äquators. Aus diesen wiederum erzeugt der Alpha-Effekt ein Magnetfeld, das entlang der Längenkreise der Sonne verläuft. Wo und wie genau der Alpha-Effekt entsteht, gilt als ungeklärt.“
Die während der sich alle 11,07 Jahre einstellenden besonderen Konstellation der Planeten Venus, Erde und Jupiter entstehende Gezeitenwirkung, könnte die Sonnenaktivität direkt beeinflussen.
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„Wie bei der Erde auch, haben wir es mit einem Dynamo zu tun. Durch Selbsterregung entsteht das Magnetfeld quasi aus dem Nichts, wobei die komplexe Bewegung des leitfähigen Plasmas als Energiequelle dient“, so Stefani. Der sogenannte Alpha-Omega-Dynamo der Sonne unterliegt einem regelmäßigen Zyklus: Etwa alle elf Jahre polt das Magnetfeld der Sonne um; mit derselben Periode durchläuft die Sonnenaktivität ein Maximum. Dieses zeigt sich an der Zunahme der Sonnenflecken – dunklen Stellen auf der Sonnenoberfläche, die von stark konzentrierten Magnetfeldern herrühren (s. Abb. o.).
„Interessanterweise stehen alle 11,07 Jahre die Sonne und die Planeten Venus, Erde und Jupiter etwa auf einer Linie“, erläutert der Wissenschaftler weiter. „Wir haben uns gefragt: Ist es Zufall, dass der Sonnenzyklus mit dem Zyklus von Konjunktion beziehungsweise Opposition der drei Planeten zusammenfällt?“
Tatsächlich sind die Idee und Fragestellung nicht neu und wurden von in den 1950er Jahren diskutiert. Da die Kraft, die von den Planeten auf die Sonne ausgeht, mit nur zehn Milliardstel Meter pro Sekunde extrem gering ist und das Sonnenplasma weniger als einen Millimeter anzuheben vermag, überwog seither immer wieder die Skepsis gegenüber entsprechenden Theorien.
Allerdings erläutern die Dresdner Sonnenforscher zugleich: „Auch wenn man einer Schaukel immer nur einen kleinen Schubs gibt, kommt sie mit der Zeit immer mehr in Schwung“ und erklären damit das Prinzip der Resonanz.
Wie die Forscher nun anhand von Berechnungen zeigen können, neigt der Alpha-Effekt unter bestimmten Bedingungen zu Schwingungen. Diese „Alpha-Oszillationen“ benötigen zugleich derart geringe Energiemengen, dass die Gezeiten der Planeten als dessen Taktgeber durchaus ausreichen könnte.
Symbolbild: Bestimmen Planetenkonstellationen den Takt des Sonnenzyklus? (Illu.)
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„Für dieses Mitschwingen des Sonnendynamos spielt die sogenannte Tayler-Instabiltität eine entscheidende Rolle“, erläutern die Forscher und führen dazu weiter aus: „Sie entsteht immer dann, wenn ein genügend starker Strom durch eine leitfähige Flüssigkeit oder ein Plasma fließt. Ab einer bestimmten Stärke erzeugt die Wechselwirkung des Stroms mit seinem eigenen Magnetfeld eine Strömung – im Falle der riesigen Sonne mit turbulentem Charakter.“
Sonnenforscher gehen davon aus, dass der Sonnendynamo auf einem Zusammenspiel zweier Induktionsmechanismen beruht. Weitgehend unstrittig ist der Omega-Effekt, der in der sog. Tachokline entsteht. Die Tachokline ist ein schmales Band zwischen der inneren Strahlungszone der Sonne und den äußeren Bereichen, in denen Konvektion stattfindet – also Wärme über die Bewegung des heißen Plasmas transportiert wird. Hier treffen unterschiedlich schnell rotierende Bereiche aufeinander. Diese differentielle Rotation generiert das sogenannte toroidale Magnetfeld in Form zweier nördlich und südlich des Sonnenäquators gelegener Ringe.
„Große Unklarheiten bestehen hinsichtlich der Lage und Ursache des Alpha-Effektes, der aus dem Toroidalfeld ein Poloidalfeld erzeugt“, erläutern Sonnenforscher. „Letzteres verläuft entlang der Längengrade der Sonne. Einer weit verbreiteten Theorie zufolge hat der Alpha-Effekt seinen Ursprungsort in der Nähe der Sonnenflecken, also an der Sonnenoberfläche.
Die Dresdner Forscher um Stefani haben nun aber einen alternativen Ansatz gewählt, der den Alpha-Effekt mit der Rechts- oder Linkshändigkeit der Tayler-Instabilität in Zusammenhang bringt. Die Tayler-Instabilität wiederum entsteht aufgrund der stark aufgewickelten Toroidalfelder im Gebiet der Tachokline. „Damit können wir im Prinzip auch den Alpha-Effekt in der Tachokline verorten.“
Für diese Theorie haben die Forscher jetzt Belege gefunden und Hinweise darauf entdeckt, dass die Tayler-Instabilität auch zwischen Rechts- und Linkshändigkeit hin- und herpendeln kann. Das Besondere: „Der Umschlag erfolgt faktisch ohne Änderung der Strömungsenergie. Dadurch reichen schon sehr kleine Kräfte aus, um eine Schwingung des Alpha-Effekts anzuregen.“
Die Berechnungen der Forscher zeigen somit, „dass planetare Gezeitenkräfte hier wie winzige Taktgeber von außen wirken. Die etwa alle elf Jahre angestoßene Oszillation des Alpha-Effekts könnte die Umpolung des Magnetfeldes der Sonne bewirken und letztlich den 22-Jahres-Zyklus des Sonnendynamos bestimmen“,schließt Stefanis Team.
+ + + GreWi-Kommentar
Gemeinsam mit einer Studie zur Wirkung Vollmondes auf die Entstehung starker Erdbeben (…GreWi berichtete), ist dies nun schon die zweite Studie, die durch Himmelskörper ausgelösten Gezeitenkräften – die bislang als viel zu gering erachtet wurden, um größere Auswirkungen zu haben – eine deutlich stärkere (Aus-)Wirkung zuspricht…
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