Sonnenflecken wurden erstmals von Galileo Galilei beobachtet, und im 18. Jahrhundert schlussfolgerte Rudolf Wolf aus seinen Studien früherer Beobachtungen, dass es einen grob elfjährigen Aktivitätszyklus gibt. Im Jahr 1919 fand der Astronom George Ellery Hale eine neue solare Periodizität, den 22-jährigen Magnetzyklus, der aus zwei elfjährigen Zyklen besteht und heute als Hale-Zyklus bezeichnet wird. Der elfjährige Zyklus ist ein komplexer Dynamoprozess, bei dem die verdrehten solaren Magnetfelder in die entgegengesetzte Richtung springen. Das ist die Folge aus der differenziellen Rotation der Sonne und der Konvektion in ihrer Atmosphäre.
Nach einen zweiten Zyklus wird die ursprüngliche Polarität wiederhergestellt. Der Zyklus wird durch periodische Veränderungen der Sonnenaktivität charakterisiert, beispielsweise durch die Anzahl der Sonnenflecken und aktiven Regionen. Während der maximalen Aktivität erreicht die Anzahl der Sonnenflecken ein Maximum. Die Anzahl der koronalen Löcher repräsentiert ein anderes Maß zur Messung der Aktivität. Ein koronales Loch ist eine dunkler erscheinende Region aus kühlerem Gas auf der Sonnenoberfläche. Während des Aktivitätsmaximums gibt es koronale Löcher in den niedrigen Breiten auf der Sonne, und weniger von ihnen erscheinen in den Polarregionen.
Energiereiche Ereignisse auf der Sonne wie Eruptionen, Flares und koronale Massenauswürfe erreichen ihre Spitzenwerte am solaren Maximum und um dessen Nähe. Zeitgleich schwächen sich einige Strukturen im Magnetfeld auf Null ab und werden dann wieder stärker, allerdings mit umgekehrtem Vorzeichen. Ein besonders starker Sonnenwind kann in diesen Perioden mit schwachen Magnetfeldern entkommen, und seine geladenen Teilchen können dann durch den Weltraum in Richtung Erde reisen. Koronale Löcher sind Schlüsselstrukturen, die auf diese abgeschwächten Magnetfelder hinweisen.
Die Astronomen Nishu Karna, Steven Saar und Ed DeLuca vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) führten zusammen mit einem Forschungsteam eine statistische Analyse der koronalen Löcher nahe der Äquatorialregion und der aktiven Regionen während der Maximumphase der letzten vier Sonnenzyklen von 1979 bis 2015 durch.
Die Wissenschaftler fanden eine starke negative Korrelation zwischen den Anzahlen der äquatorialen koronalen Löcher und den aktiven Regionen, sowie statistisch signifikante Unterschiede in den Eigenschaften der beiden elfjährigen Zyklen des Hale-Zyklus. Beispielsweise untersuchten sie die sich verändernden Distanzen zwischen den äquatorialen koronalen Löchern und den aktiven Regionen und fanden mehr dieser engen “Paarbildungen” während des Aktivitätsmaximums in einer Hälfte des Hale-Zyklus, aber nicht in der anderen.
Am bemerkenswertesten ist, dass der Strom des Sonnenwindes und dessen Druck während dieser aktiven Zeiten ebenfalls deutlich ansteigen. Die Ergebnisse führen zu wichtigen Einblicken darin, wie die solare Aktivität die Erde beeinflusst und hebt wichtige Prozesse hervor, die noch nicht verstanden sind, etwa das unterschiedliche Verhalten der beiden Hälften des Hale-Zyklus.
Abhandlung: “A Study of Equatorial Coronal Holes during the Maximum Phase of Four Solar Cycles” von Mahendra Lal Karna, Nishu Karna, Steven H. Saar, W. Dean Pesnell und Edward E. DeLuca, The Astrophysical Journal 901, 124, 2020.
(THK)
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