Ein kaltes Rätsel auf der Sonne

21. Februar 2007: Ein Pol der Sonne ist kälter als der andere Pol. Das ist die überraschende Schlussfolgerung der Wissenschaftler, die Daten vom ESA-NASA Raumschiff Ulysses analysierten.

Ulysses ist das einzige Raumschiff der NASA und ESA, welches in der Lage ist, über die Pole der Sonne zu fliegen. Ein Ergebnis der einzigartigen Neigung des Orbits von Ulysses. Die Möglichkeit, die unerforschten Polarregionen der Sonne zu untersuchen, ist für Sonnenphysiker besonders wertvoll.

Ulysses' erste Überflüge, in den Jahren 1994 und 1995, enthüllten die Asymmetrie -- "eine 7-8% Differenz in der Temperatur," sagt das Mitglied des Ulysses Teams George Gloeckler, von der University of Maryland. Die Messung war beides, etwas rätselhaft und schwer zu glauben. Was verursacht diese Schieflage auf der Sonne?

Rechts: Ulysses über den Polen der Sonne. Konzept eines Künstlers. Credit: ESA.

Es gibt immer noch keine eindeutige Antwort auf diese Frage, zumindest wissen die Forscher jetzt aber, dass es so ist. Ulysses kehrte im Jahr 2007 zurück zum Südpol der Sonne und "neue Beobachtungen zeigen, dass die durchschnittliche Temperatur fast  identisch ist mit unseren Beobachtungen vor 12 Jahren," sagt Gloeckler.

Die Temperatur der Sonne zu messen ist ein trickreiches Unterfangen. Das Raumschiff kann nicht zur Oberfläche abtauchen und ein Thermometer anbringen. Anstelle dessen misst Ulysses den Sonnenwind, aus einer sicheren Entfernung von 300 Millionen Kilometern. "Wir messen die Häufigkeit von 2 Sauerstoffionen, die man im Sonnenwind findet. Das O⁶⁺/O⁷⁺ Verhältnis gibt uns die Temperatur des Gases," erklärt Gloeckler. Er ist der leitende Forscher für ein Instrument an Bord von Ulysses, dem Solar Wind Ion Composition Spectrometer oder "SWICS."

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Ausgehend von SWICS, beträgt die durchschnittliche Temperatur des polaren Sonnenwindes etwa eine Million Grad Celsius. Über einem der Pole ist die Temperatur aber etwa 80.000 Grad kälter als über dem anderen Pol.

Forscher glauben, dass der Sonnenwind Ulysses etwas über die Bedingungen an den Polen, nahe der Sonnenoberfläche, erzählt. "Der Sonnenwind stammt von den Polen," erklärt Arik Posner, Wissenschaftler am Ulysses Programm bei der NASA. "Das magnetische Feld der Sonne öffnet sich über den Polen und erlaubt einem Teil der Sonnenatmosphäre zu entfliehen." Diese Öffnungen werden "koronale Löcher" genannt, und die heiße, austretende Atmosphäre ist der Sonnenwind. 

Zurück zur ursprünglichen Frage: Was bedeutet der Temperaturunterschied? "Vielleicht ist die Struktur der Sonnenatmosphäre über den beiden Polen unterschiedlich," spekuliert er.

Wir haben hier auf der Erde eine Analogie. Die Stratosphäre über dem Südpol ist im Durchschnitt kälter als die Stratosphäre über dem Nordpol. Der Grund ist die unterschiedliche Verteilung der Landmasse auf der Erde (das meiste Festland befindet sich im Norden), plus komplexe, atmosphärische Zirkulationsmuster.

Im Fall der Sonne ist der Unterschied nicht Landmasse, sondern Magnetismus. Offenbar hält etwas über dem Nordpol der Sonne, die darüber liegende Atmosphäre etwas kälter. Beweis: Der "kalte Fleck" folgt dem magneitschen Nordpol, wenn sich die Pole der Sonne umkehren.

Oben: Temperaturen des Sonnenwindes in Millionen Grad Kelvin, gemessen von Ulysses. Credit: R. von Steiger and G. Gloeckler. [Größeres Bild]

"Die Pole der Sonne haben sich seit dem Vorbeiflug im Jahre 1994 umgekehrt -- ein Effekt des 11-jährigen Zyklus der Sonnenflecken," bemerkt Posner. Lo, und siehe da, "die Asymmetrie der Temperatur hat sich ebenfalls umgekehrt. Es scheint also ein magnetisches Phänomen zu sein." 

Wenn Ulysses einen Vorbeiflug am Südpol der Sonne beendet hat, wird das Raumschiff in Richtung Nordpol fliegen, den es dann 2008 erreicht. Dies wird weitere Hinweise darauf liefern, was zu diesem kalten Rätsel auf der Sonne führt.

Author: Dr. Tony Phillips | Editor: Dr. Tony Phillips | Credit: Science@NASA