Die glühende Oberfläche der Sonne schäumt ein extrem heißes, elektrisch geladenes Gas namens Plasma auf. Die Temperatur am Rand dieses kosmischen Ofens liegt bei etwa 5.500 Grad Celsius, aber hier liegt das eigentliche Rätsel: Irgendwie ist es die Atmosphäre der Sonne, die diese Oberfläche wie ein Halo umgibt 150-mal heißer.
„Warum hat die Korona eine Temperatur von 1 Million Grad, während die Photosphäre bei 5.500 liegt?“ fragt Yannis Zouganelis, stellvertretender Projektwissenschaftler für die Solar Orbiter-Sonde der Europäischen Weltraumorganisation. „Das Hauptproblem besteht darin, dass wir viele Ideen und Theorien haben, aber keine wirklichen Messungen.“
Bis jetzt. Letztes Jahr flog der Solar Orbiter für eine Nahaufnahme vorbei. Es untersuchte die Korona aus einer Entfernung von 140 Millionen Kilometern – nah genug, um gute Messwerte zu erhalten, aber weit genug entfernt, um ihre Kameras nicht zu schmelzen oder zu beschädigen. Noch wichtiger ist, dass die Ingenieure dieses Manöver dank einiger astronomischer Choreografien mit einem Vorbeiflug der Parker Solar Probe der NASA koordinierten, um die ersten gemeinsamen Messungen der Korona durchzuführen. Gemeinsam gelang es ihnen, Beobachtungen zu machen, die keine der beiden Sonden allein hätte machen können, sagt Zouganelis. Ihre Ergebnisse wurden gerade in einer neuen Studie veröffentlicht Astrophysikalische Tagebuchbriefe.
Der Solar Orbiter der ESA trägt einen Koronographen, ein Instrument namens Metis, das von Wissenschaftlern des italienischen Nationalinstituts für Astrophysik entwickelt wurde. Es blockiert das Licht von der Sonnenoberfläche und ermöglicht der Sonde das Aufnehmen von Fotos nur der Korona. Die detaillierte Abbildung der Korona bei optischen und ultravioletten Wellenlängen ermöglicht es Wissenschaftlern, die Dynamik innerhalb dieser Sonnenatmosphäre zu untersuchen und die Erwärmungsrate darin besser zu verstehen.
Die NASA-Sonde manövrierte viel näher, etwa 9 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Dieser Sonde fehlen Kameras, aber sie kann in der Sonnenatmosphäre überleben und Messungen ihres Plasmas und ihrer Magnetfelder durchführen. Dadurch können Wissenschaftler verfolgen, wie sich Wärme und Energie in der Korona bewegen.
Durch den gemeinsamen Einsatz beider Raumsonden hatten die Forscher beider Teams die Möglichkeit, gleichzeitige Messungen und Bilder zu kombinieren. Am wichtigsten ist, dass sie feststellten, dass Turbulenzen im Plasma der Sonne zur Hitze der Korona beitragen – obwohl sie noch nicht sicher sind, wie viel. Plasma ist im Wesentlichen ein Gas aus heißen geladenen Teilchen, die von der Sonnenoberfläche ausgehen. Während es sich auf die Korona zubewegt, überträgt es Wärmeenergie nach außen, ähnlich wie die Flammen eines Feuers Energie verbrauchen, wenn sie flackern.
„Die Kombination der Daten der beiden Raumschiffe, während sie ausgerichtet, aber weit voneinander entfernt sind, liefert uns die Entwicklung des Plasmas von einem Raumschiff [reading] zum nächsten. Es ist äußerst wichtig, über diese Informationen zu verfügen“, sagt Nour Raouafi, der Wissenschaftler des Parker Solar Probe-Projekts, der nicht an der Forschung beteiligt war.
Die neuen Daten geben auch Einblick in ein weiteres Rätsel, das Astrophysikern im Weg steht: Wie der Sonnenwind auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. Dieser Wind besteht aus geladenen Teilchen, die entlang der Magnetfeldlinien der Sonne fliegen und von kleinen, intermittierenden, explosiven Strahlen an der Basis der Korona in das Sonnensystem geschleudert zu werden scheinen. Zouganelis und seine ESA-Kollegen glauben, dass Turbulenzen weiter oben in der Korona wahrscheinlich auch zur Beschleunigung beitragen. „Sie alle arbeiten zusammen, um den Sonnenwind so zu machen, wie er ist“, sagt Raouafi.