Parker-Sonde fliegt an mächtigem koronalen Massenauswurf vorbei, um interstellaren Staub aufzusaugen

Am 5. September 2022 flog die Parker Solar Probe der NASA elegant an einem der stärksten koronalen Massenauswürfe (Coronal Mass Ejections, CMEs) aller Zeiten vorbei – nicht nur eine beeindruckende technische Leistung, sondern auch ein großer Fortschritt für die wissenschaftliche Gemeinschaft.

Kürzlich durchquerte die Parker Solar Probe der NASA die leistungsstärkste Partikelansammlung aller Zeiten und lieferte wichtige Einblicke in 20 Jahre alte Theorien darüber, wie Partikel mit interplanetarem Staub interagieren. Diese Interaktion wirkt sich auf Weltraumwettervorhersagen aus und ist für die Technologie hier auf der Erde von entscheidender Bedeutung. Bildquelle: NASAGSFC/CIL/BrianMonroe

Parkers Reise durch einen koronalen Massenauswurf trug dazu bei, eine 20 Jahre alte Theorie zu beweisen, dass die Wechselwirkung koronaler Massenauswürfe mit interplanetarem Staub wichtige Auswirkungen auf die Vorhersage des Weltraumwetters hat. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Astrophysical Journal veröffentlicht.

In einer Arbeit aus dem Jahr 2003 wurde spekuliert, dass CMEs mit interplanetarem Staub, der den Stern umkreist, interagieren und den Staub sogar aus der Umlaufbahn ziehen könnten. Ansammlungen radioaktiver Partikel, riesige Eruptionen der äußeren Sonnenatmosphäre oder Korona, tragen zur Entstehung von Weltraumwetter bei, das Satelliten gefährden, Kommunikations- und Navigationstechnologie stören und sogar das Stromnetz der Erde lahmlegen kann. Wenn Wissenschaftler besser verstehen, wie diese Ereignisse mit interplanetarem Staub interagieren, können sie besser vorhersagen, wie schnell CMEs von der Sonne zur Erde wandern, und vorhersagen, wann die Erde von CMEs betroffen sein wird.

Parker hat dieses Phänomen nun erstmals beobachtet.

„Wechselwirkungen zwischen CMEs und Staub werden seit zwei Jahrzehnten theoretisiert, aber erst beobachtet, als die Parker Solar Probe CMEs beobachtete, die sich wie Staubsauger verhielten und Staub auf ihrem Weg entfernten“, sagte Hauptautor Guillermo Stenborg, Astrophysiker am Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland, das das Raumschiff gebaut und betreibt.

Interplanetarer Staub besteht aus winzigen Partikeln von Asteroiden, Kometen und sogar Planeten und kommt im gesamten Sonnensystem vor. Eine Manifestation interplanetarer Staubwolken ist ein schwaches Leuchten, das Tierkreiszeichen genannt wird und manchmal vor Sonnenaufgang oder nach Sonnenuntergang zu sehen ist.

Das CME bewegte diesen Staub etwa 6 Millionen Meilen von der Sonne entfernt – etwa ein Sechstel der Entfernung zwischen Sonne und Merkur –, aber er wurde fast sofort durch interplanetaren Staub ergänzt, der um das Sonnensystem schwebt.

Parkers In-situ-Beobachtungen waren für die Entdeckung von entscheidender Bedeutung, da die Beobachtung der Staubdynamik nach einem CME aus der Ferne eine Herausforderung darstellt. Den Forschern zufolge können Parkers Beobachtungen auch Einblicke in Phänomene liefern, die mit den unteren Ebenen der Korona in Zusammenhang stehen, etwa die koronale Verdunkelung, die durch Regionen mit geringer Dichte in der Korona verursacht wird, ein Phänomen, das häufig nach CME-Ausbrüchen auftritt.

Am 5. September 2022 beobachtete die Wide Field Solar Probe (WISPR)-Kamera der Parker Solar Probe, wie die Raumsonde einen riesigen koronalen Massenauswurf passierte. Koronale Massenauswürfe sind riesige Ausbrüche von Plasma und Energie aus der Sonnenkorona, die die treibende Kraft des Weltraumwetters sind. Quelle: NASA/Johns Hopkins APL/Naval Research Laboratory

Die Wissenschaftler beobachteten, dass sich die Wechselwirkung zwischen CMEs und Staub in einer Abnahme der Helligkeit in Bildern zeigte, die mit der Wide Field Imager for Solar Probe (WISPR)-Kamera von Parker aufgenommen wurden. Dies liegt daran, dass interplanetarer Staub Licht reflektiert und die Helligkeit überall dort verstärkt, wo der Staub vorhanden ist.

Um diese Helligkeitsabnahme zu finden, musste das Team die durchschnittliche Hintergrundhelligkeit der WISPR-Bilder über mehrere ähnliche Umlaufbahnen berechnen – und dabei normale Helligkeitsschwankungen aufgrund von Sonnenstromlinien und anderen Veränderungen in der Korona herausfiltern.

„Parker hat die Sonne viermal in der gleichen Entfernung umkreist, was uns einen guten Vergleich der Daten von einem Zeitpunkt zum nächsten ermöglicht“, sagte Sternberg. „Durch die Entfernung von Helligkeitsänderungen, die durch Koronalbewegungen und andere Phänomene verursacht wurden, konnten wir Änderungen isolieren, die durch Staubverarmung verursacht wurden.“

Da Wissenschaftler diesen Effekt nur während des Ereignisses vom 5. September beobachteten, kamen Stenborg und das Team zu dem Schluss, dass es möglicherweise nur in den stärksten CMEs zu Staubabbau kommt.

Die Untersuchung der Physik hinter dieser Wechselwirkung könnte jedoch Auswirkungen auf die Vorhersage des Weltraumwetters haben. Wissenschaftler beginnen gerade erst zu verstehen, wie interplanetarer Staub die Form und Geschwindigkeit von CMEs beeinflusst. Es bedarf jedoch weiterer Forschung, um diese Wechselwirkungen besser zu verstehen.

Parker hat seinen sechsten Vorbeiflug an der Venus abgeschlossen und wird bei seinen nächsten fünf Annäherungen die Schwerkraft der Venus nutzen, um näher an die Sonne heranzukommen. Dies geschieht, wenn sich die Sonne selbst ihrem Sonnenmaximum nähert, dem Zeitraum mit der höchsten Sonnenflecken- und Sonnenaktivität im 11-Jahres-Zyklus der Sonne. Mit zunehmender Sonnenaktivität hoffen Wissenschaftler, mehr dieser seltenen Phänomene beobachten und untersuchen zu können, wie sie sich auf unsere Erdumwelt und das interplanetare Medium auswirken könnten.