Astrophysik: Die Flecken der Sonne

Sonnenflecken zählen zu den sonderbarsten Eigenschaften unseres Zentralgestirns. Nicht nur Astrophysiker interessieren sich für das Werden und Vergehen dieser Zonen, in denen die Temperatur der Sonnenoberfläche vorübergehend abnimmt. Auch für Klimaforscher spielen sie eine Rolle. Da ihre Zahl im Zeitraum von rund elf Jahren zu- und wieder abnimmt, wird dieser Rhythmus als ein Treiber für Klimaänderungen diskutiert.

Der letzte vollständige Zyklus, der von 1996 bis 2008 dauerte, stellte die Sonnenforscher vor ein besonderes Rätsel. Mit zwölfeinhalb Jahren war er außergewöhnlich lang und zeigte in seiner Schlussphase ausgesprochen wenige Sonnenflecken. Eine mögliche Erklärung präsentiert jetzt ein indisch-amerikanisches Forscherteam im Fachblatt „Nature“ (Band 471, Seite 80).

Die Ursache seien Ströme von heißem, ionisiertem Gas (Plasma), die in Nord-Süd-Richtung in den äußeren Sonnenschichten zirkulieren, schreiben Dibyendu Nandy und Kollegen. Computersimulationen zeigten: Wenn diese Strömungen zu Beginn eines Sonnenzyklus besonders stark sind, in der zweite Hälfte aber zurückgehen, ergebe sich eben jenes Muster schwacher Sonnenaktivität, das seit 2002 beobachtet wird.

Plasmaströme und Sonnenflecken sind eng verbunden. Denn je nachdem, wie sich die geladenen Teilchen bewegen, verändert sich das komplizierte Magnetfeld der Sonne, das wiederum die Sonnenflecken erzeugt. An jenen Stellen, wo die Magnetfeldlinien dicht zusammenkommen und sich womöglich noch verknäueln, kann weniger heißes Gas aus dem Innern des Sterns an die Oberfläche kommen. Die Temperatur sinkt von rund 6000 Grad Celsius auf bis zu 4000 Grad, die Sonne erscheint dort dunkler.

Seit vier Jahrhunderten verfolgen Astronomen dieses Schauspiel. Während des „Maunder-Minimums“ zwischen 1645 und 1715, das mit einer spürbaren Kälteperiode auf der Nordhalbkugel zusammenfällt, wurden fast gar keine Sonnenflecken beobachtet. Später traten sie wieder häufiger auf und hatten auch den etwa elfjährigen Rhythmus. Seit 1755 werden die Sonnenzyklen gezählt. Der mit der Nummer 23, von 1996 bis 2008, habe die längste Minimumphase seit 50 Jahren, schreibt Nandy. Die Zahl der „fleckenlosen Tage“ sei sogar Rekord über die letzten 100 Jahre. „Zyklus 13 und 14 hatten aber noch mehr von diesen Tagen; solche Phasen geringer Aktivität sind also ungewöhnlich, aber nicht einzigartig“, betont er. Das habe auch das Computermodell gezeigt.

„Es ist eine mögliche Erklärung für die Minimalphase des Zyklus 23, aber es ist nicht sicher, dass das Modell den realen Vorgängen in der Sonne entspricht“, sagt Robert Cameron vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau. Noch wüssten die Forscher viel zu wenig darüber, was im Innern des Sterns geschieht. Das soll die Sonde „Solar Dynamics Observatory“ ändern. Sie wurde vor einem Jahr gestartet und kann in begrenztem Maß auch beobachten, was „unter der Oberfläche passiert“.

Besonders spannend wird es in zwei Jahren: Dann wird der gegenwärtige Sonnenzyklus voraussichtlich seinen Höhepunkt erreichen.