Plasma-Astrophysiker der Katholieke Universiteit (KU) Leuven haben die erste in sich stimmige Simulation der physikalischen Prozesse während einer Sonneneruption erstellt. Die Forscher nutzten Ressourcen des Flemish Supercomputer Centre und eine neue Kombination physikalischer Modelle.
Sonneneruptionen sind Explosionen auf der Sonnenoberfläche, die eine enorme Energiemenge freisetzen; sie entspricht der Energiemenge von bis zu einer Billion gleichzeitig explodierenden Atombomben des Typs Little Boy. In extremen Fällen können Sonneneruptionen den Radioempfang unterbrechen und Stromnetze auf der Erde stören, aber sie sind auch die Grundlage erstaunlicher Weltraumwetterphänomene. Die Nordlichter beispielsweise stehen mit Sonneneruptionen in Zusammenhang, die das Magnetfeld der Sonne so sehr stören, dass eine Blase aus solarer Plasmamaterie aus der Atmosphäre der Sonne entkommen kann.
Eine einzigartige Simulation
Dank Satelliten und Sonnenteleskopen verstehen wir bereits recht viel über die physikalischen Prozesse, die während einer Sonneneruption ablaufen. Wir wissen zum Beispiel, dass Sonneneruptionen sehr effizient Energie aus Magnetfeldern in Wärme, Licht und Bewegungsenergie umwandeln.
In wissenschaftlichen Lehrbüchern werden diese Prozesse normalerweise als das Standard-2D-Sonneneruptionsmodell visualisiert. Die Einzelheiten dieser Darstellung wurden jedoch nie bestätigt. Das liegt daran, dass die Erstellung einer vollständig stimmigen Simulation eine große Herausforderung ist, wenn man bedenkt, dass sowohl makroskopische Effekte (größer als die Erde) als auch mikroskopische Teilchenphysik in Betracht gezogen werden müssen.
Forscher der KU Leuven waren jetzt in der Lage, solch eine Simulation zu erschaffen. Als Teil seiner Doktorarbeit arbeitete Wenzhi Ruan daran mit seinen Kollegen im Team von Professor Rony Keppens von Department of Plasma Astrophysics. Die Wissenschaftler nutzten die Kapazitäten von Supercomputern am Flemish Supercomputer Centre und eine neue Kombination aus physikalischen Modellen, in denen die mikroskopischen Effekte von beschleunigten, geladenen Teilchen im Rahmen eines makroskopischen Modells berücksichtigt wurden.
Von der Lehrbuch-Illustration zum stimmigen Modell
“Unsere Arbeit macht es auch möglich, die Effizienz der Energieumwandlung innerhalb einer Sonneneruption zu berechnen”, erklärte Keppens. “Wir können diese Effizienz berechnen, indem wir die Stärke des solaren Magnetfeldes an der Basis der Sonneneruption mit der Bewegungsgeschwindigkeit dieser Basis kombinieren, sofern wir unsere Beobachtungen rechtzeitig beenden können, weil alles innerhalb einer Zeitspanne zwischen einigen Sekunden und wenigen Minuten geschieht.”
“Wir wandelten die Ergebnisse der numerischen Simulation in virtuelle Beobachtungen einer Sonneneruption um, wobei wir Teleskope in allen relevanten Wellenlängenbereichen imitierten. Das erlaubte uns, das Standard-Sonneneruptionsmodell aus einer Lehrbuch-Illustration zu einem echten Modell weiterzuentwickeln.”
Abhandlung: “A fully self-consistent model for solar flares von Wenzhi Ruan, Chun Xia and Rony Keppens, Astrophysical Journal.
(THK)
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