Die Raumsonde Solar Orbiter war Ende 2024 glücklicher Zeuge einer Sonneneruption – und konnte die Auslöser des Spektakels so genau wie nie zuvor beobachten.
Beitrag: Dr. Birgit Krummheuer
Als Solar Orbiter am 30. September auf die Sonne blickte, bot sich der Raumsonde ein Spektakel: Kurz vor Mitternacht schleuderte unser Stern in einer heftigen Eruption Strahlung und Teilchen ins All. Die Beobachtungsbedingungen hätten besser nicht sein können. Genau an diesem Tag hatte die ESA-Raumsonde den sonnennächsten Punkt ihrer elliptischen Umlaufbahn erreicht. Rund 45 Million Kilometer – etwa ein Drittel des Abstandes zwischen Sonne und Erde – trennten sie vom explosiven Geschehen. Auch die Perspektive war optimal. Aus der Sicht Solar Orbiters ereignete sich der Ausbruch am Rand der Sonnenscheibe. Die Vorgänge, die sich vor und während der Eruption abgespielt hatten, waren so besonders gut zu erkennen.
«Dass mit Solar Orbiter das leistungsstärkste Sonnenobservatorium im Weltall genau zum richtigen Zeitpunkt in genau dem richtigen Blickwinkel auf den Ausbruch schaut, war ein riesiges Glück. So etwas lässt sich nicht planen», sagt Lakshmi Pradeep Chitta. Bereits Monate im Voraus hatte der Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der europäischen Weltraumagentur ESA und weiterer Forschungseinrichtungen für diesen Tag eine Beobachtungskampagne für Solar Orbiter entworfen. Mit einer solchen Eruption hatte er dabei nicht gerechnet.
Gefahr für irdische Infrastruktur
Als Ausbruch der Klasse M7.7 zählt die Eruption vom 30. September 2024 zwar nicht zu den gewaltigsten, aber doch zu den spektakuläreren. Ausbrüche dieser Stärke treten selbst in Phasen hoher Sonnenaktivität nur vereinzelt auf. Breiten sich dabei hochenergetische Strahlung und Teilchen von der Sonne in Richtung Erde aus, kann es etwa zu Störungen in der Funkkommunikation kommen. «Stärkere Sonneneruptionen können noch deutlich weitreichendere Folgen haben, etwa für Erdsatelliten oder für die Stromversorgung. Es ist deshalb wichtig genau zu verstehen, wie es zu solchen Ereignissen auf der Sonne komm», erklärt Sami K. Solanki, MPS-Direktor und Leiter des PHI-Instrumententeams von Solar Orbiter.
Veränderungen in der Magnetfeld-Architektur der Sonne liefern die nötige Energie, um bei einem Ausbruch Strahlung und Teilchen ins All zu katapultieren. Stark verdrillte, sich kreuzende Magnetfeldlinien, in denen viel magnetische Energie gespeichert ist, brechen auf und fügen sich neu zusammen. Forschende sprechen bei diesem Vorgang von Rekonnexion. Wie dieser «Antrieb» für Sonneneruptionen im Detail funktioniert, ist jedoch noch unklar. In der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics beschreiben Lakshmi Pradeep Chitta und seine Kolleginnen und Kollegen nun, wie kleine Rekonnexionsprozesse weitere anstossen, sich lawinenartig aufschaukeln und es so zum Ausbruch kommt.
Die bislang detaillierteste Aufnahme einer grossen Sonneneruption durch die ESA-Raumsonde Solar Orbiter.
Die Aufnahmen wurden bereits 2025 veröffentlicht. Jetzt haben Forschende die Daten im Detail ausgewertet und die magnetische Lawine entdeckt: Zunächst schwache Störungen lösen einzelne Sonneneruptionen aus, die schnell an Heftigkeit zunehmen – ähnlich wie eine Lawine in den Bergen.
Genauer Blick auf Sonneneruption
Insgesamt vier Instrumente von Solar Orbiter richteten in der Nacht vom 30. September 2024 auf den 1. Oktober 2024 in den Stunden um Mitternacht ihren Blick auf den Ausbruch. Das Instrument EUI (Extreme-Ultraviolet Imager) schaute mit einer sehr hohen räumlichen Auflösung von etwa 210 Kilometern und einer Bildabfolge von nur zwei Sekunden auf das Geschehen in der Korona, der heißen Atmosphäre der Sonne. Im Vergleich zu herkömmlichen Bildserien anderer Sonnenspäher ist dies wie eine Art solare Sportfotografie: Schnelle Bewegungsabläufe und Veränderungen, die zuvor nicht auszumachen waren, werden sichtbar. Die Instrumente PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager), SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) und das Röntgenteleskop STIX (Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays) lieferten darüber hinaus Informationen aus verschiedenen Schichten und Temperaturbereichen der Sonne.
Bereits etwa 40 Minuten vor dem Ausbruch zeigt sich in den EUI-Aufnahmen ein dunkler Plasmabogen, der weit in die Korona ragt. Stark verdrehte, bogenförmige Magnetfeldlinien fixieren die vergleichsweise kühle Plasmastruktur in der Millionen Grad heißen Korona. Wie in einer gewundenen Feder ist in einer solchen Struktur Energie gespeichert. Gegen 23:47 Uhr kommt es zur Entladung: Der Plasmabogen bäumt sich auf, leuchtet hell, entwindet sich explosiv und schleudert Teilchen mit Geschwindigkeiten von etwa 40 bis 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit ins All.
Magnetlawine und Plasmaregen
Für Forschende beinah noch spannender sind die Vorgänge, die sich im Magnetfeld der Sonne in den Minuten davor abspielen. Direkt angrenzend an den dunklen Plasmabogen findet sich ein filigranes Gewirr aus bogenförmigen, hellen und im Magnetfeld eingefangenen Plasmaströmen, die sich zum Teil überkreuzen. Etwa eine halbe Stunde vor der Eruption beginnt sich diese Struktur zu destabilisieren: Erste Rekonnexionsprozesse setzen ein, die Fäden brechen auf, ordnen sich neu, blitzen hell auf. Beinahe im Sekundentakt entstehen neue Bögen, destabilisieren sich ebenfalls und stoßen eine Lawine von Rekonnexionsprozessen an – bis der große, dunkle Plasmabogen aufreisst und der Ausbruch seinen Höhepunkt erreicht.
«Diese Minuten vor der Eruption sind äusserst wichtig. Solar Orbiter hat uns einen Einblick in die Region auf der Sonne gewährt, in der dieser Lawinenprozess begann», so Lakshmi Pradeep Chitta. «Wir waren überrascht zu sehen, wie die große Eruption durch eine Reihe kleinerer Rekonnexionsereignisse ausgelöst wurde, die sich schnell in Raum und Zeit ausbreiteten», fügt er hinzu.
Wie die neuen Auswertungen eindrucksvoll zeigen, entlädt sich bei dem Ausbruch nicht die gesamte Energie ins All. Ein Teil überträgt sich auf das umliegende Plasma, das als unförmige Tropfen mit hohen Geschwindigkeiten nach unten regnet. Auch dieses Phänomen konnte in dieser Detailschärfe noch nie zuvor im extremen Ultraviolettbereich, der typischen Wellenlänge der von koronalen Plasmen emittierten Strahlung, beobachtet werden.
«Die Beobachtungen von Solar Orbiter enthüllen den zentralen Motor einer Sonneneruption und unterstreichen die entscheidende Rolle eines lawinenartigen Mechanismus zur Freisetzung magnetischer Energie. Dies ist eines der spannendsten Ergebnisse, die Solar Orbiter bisher geliefert hat», sagt Miho Janvier, Co-Projektwissenschaftlerin für Solar Orbiter bei der ESA. «Eine interessante Frage ist, ob dieser Mechanismus bei allen Sonneneruptionen und auch bei anderen Sternen auftritt, die Sonneneruptionen zeigen», fügt sie hinzu.