Zusammenfassung:
Die scheinbar friedlichen Veränderungen der Aktivität auf der Sonnenoberfläche könnten weitaus komplexer sein als bisher angenommen. Durch die Analyse jahrzehntelanger Sonnenschwingungsdaten haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die tiefsten Tiefststände zwischen verschiedenen Sonnenaktivitätszyklen nicht genau gleich sind. Während des jüngsten tiefen Sonnenminimums kam es zu messbaren Veränderungen in der inneren Struktur der Sonne. Das bedeutet, dass der 11-jährige Aktivitätszyklus der Sonne nicht nur die Oberfläche beeinflusst, sondern auch tiefer im Inneren Spuren hinterlässt.
Die Sonne durchläuft etwa alle 11 Jahre einen vollständigen Aktivitätszyklus. Während der maximalen Aktivitätsperiode nahmen Sonnenflecken, Flares und koronale Massenauswürfe deutlich zu, dann schwächte sich die Aktivität allmählich ab und trat in die solare Minimalperiode ein. Da sich das Magnetfeld periodisch ändert, kehren auch die Magnetpole der Sonne um. Frühere Beobachtungen konzentrierten sich jedoch hauptsächlich auf die Sonnenoberfläche, sodass Wissenschaftler nicht feststellen konnten, ob die tiefsten Punkte verschiedener Zyklen unterschiedliche Auswirkungen auf das Sonneninnere haben.
Das Forschungsteam nutzte Langzeitbeobachtungsdaten des Birmingham Solar Oscillation Network (BiSON), um die Mindestperioden zwischen aufeinanderfolgenden Sonnenaktivitätszyklen zu vergleichen. BiSON besteht aus sechs Heliogazing-Geräten an verschiedenen Orten auf der ganzen Welt, die kontinuierlich die akustischen Schwingungen aufzeichnen können, die im Inneren der Sonne erzeugt und an die Oberfläche übertragen werden.
Dieser Ansatz ähnelt der Seismologie. Seismologen können aus Veränderungen der seismischen Wellen beim Durchgang durch das Erdinnere Rückschlüsse auf die Struktur des Erdinneren ziehen, und auch die Sonne erzeugt große Mengen an Schallwellen. Wenn sich Temperatur, Dichte, Druck und Materialbewegung im Inneren der Sonne ändern, ändern sich auch die Frequenz und Ausbreitungseigenschaften dieser Schwingungen. Indem Wissenschaftler also die Schwankungen der Sonne im Laufe der Zeit verfolgen, können sie indirekt „abhören“, was im Inneren der Sonne vor sich geht.
Untersuchungen zeigen, dass sich das jüngste Sonnenminimum, also die Mindestperiode zwischen dem 24. und 25. Aktivitätszyklus, deutlich von den Tiefstpunkten in früheren Zyklen unterscheidet. Es sind quantifizierbare Veränderungen in der Struktur und den Schwingungseigenschaften der äußeren Sonnenschicht aufgetreten, und diese Veränderung ist nicht nur ein einfacher Unterschied in der Intensität der Oberflächenaktivität, sondern erstreckt sich auch auf das Innere der Sonne.
Wissenschaftler sind besonders besorgt über die Schwingungsänderungen in verschiedenen Tiefen im Inneren der Sonne. Forschungsergebnisse zeigen, dass sich der Sonnenaktivitätszyklus nicht nur durch die periodische Zunahme und Abnahme der Anzahl der Sonnenflecken manifestiert, sondern auch den physikalischen Zustand der äußeren und inneren Schicht der Sonne verändert. Mit anderen Worten: Die „Ruheperioden“ der Sonne sind nicht alle identisch und jeder Aktivitätszyklus kann das Sonneninnere auf leicht unterschiedliche Weise beeinflussen.
Die Bedeutung dieser Entdeckung besteht darin, dass sie Wissenschaftlern dabei helfen kann, besser zu verstehen, wie das solare Magnetfeld erzeugt wird und sich entwickelt. Die Quelle des 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne hängt eng mit dem Magnetgeneratormechanismus im Inneren der Sonne zusammen, und Veränderungen im Magnetfeld werden sich schließlich in Form von Sonnenflecken, Fackeln, koronalen Massenauswürfen und anderen Phänomenen manifestieren.
Wissenschaftler wussten bereits, dass es im Inneren der Sonne komplexe Rotationen und Plasmaströme gibt. Darunter ist die Rotationsgeschwindigkeit der Sonne in verschiedenen Breitengraden unterschiedlich, und in den tiefen Regionen gibt es wichtige Scherschichten. Es wird angenommen, dass diese Regionen eng mit der Erzeugung und Speicherung des solaren Magnetfelds zusammenhängen. Die neuesten Forschungsergebnisse zeigen, dass die internen Veränderungen, die der Sonnenaktivitätszyklus hinterlässt, durch Sonnenschwingungen erfasst werden können, was ein neues Beobachtungsfenster für die Untersuchung dieser tiefgreifenden Prozesse bietet.
Forscher sagten, dass die Oberflächenaktivität der Sonne zwar intuitiv den Sonnenzyklus widerspiegeln kann, aber nicht alles, was im Inneren der Sonne geschieht, vollständig beschreiben kann. Nur durch die Kombination von Sonnenoberflächenbeobachtungen mit helioseismologischen Daten kann ein umfassenderes Verständnis des Sonnenzyklus erreicht werden.
Die Ergebnisse könnten auch dazu beitragen, zu erklären, warum die Intensität verschiedener Sonnenzyklen variiert. Sonnenaktivität ist kein Prozess, der sich alle 11 Jahre mechanisch wiederholt. Die Länge des Zyklus, die Intensität der Aktivität und die Struktur des solaren Magnetfelds können sich ändern. Die Untersuchung, wie sich das Innere der Sonne zwischen diesen Zyklen verändert, kann dabei helfen, zu bestimmen, wie die zukünftige Sonnenaktivität aussehen könnte.
Für die Erde ist diese Art der Forschung nicht nur von grundlegender wissenschaftlicher Bedeutung. Starke Flares und koronale Massenauswürfe, die bei zunehmender Sonnenaktivität entstehen, können das Erdmagnetfeld stören, geomagnetische Stürme auslösen und Infrastrukturen wie Satelliten, Funkkommunikation, Navigationssysteme und Stromnetze beeinträchtigen. Daher wird ein besseres Verständnis des Entstehungsmechanismus des solaren Magnetfelds auch dazu beitragen, die Fähigkeiten zur Vorhersage des Weltraumwetters in Zukunft zu verbessern.
Wissenschaftler sind immer noch nicht in der Lage, die spezifische Intensität des nächsten Aktivitätszyklus der Sonne allein aufgrund dieser Forschung vorherzusagen, aber die Ergebnisse beweisen, dass der 11-Jahres-Zyklus der Sonne tatsächlich messbare Veränderungen in ihrem Inneren hinterlassen kann. Während sich längere Zeitreihen solarer Schwingungsdaten ansammeln, wird erwartet, dass die Forscher weiter bestimmen, ob es sich bei diesen internen Veränderungen um universelle Merkmale des Sonnenzyklus handelt oder ob sie mit einigen speziellen Aktivitätszyklen zusammenhängen.
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