Räumliche Variation der Energie-Transportmechanismen innerhalb von Flares-Bändern

Warum Sonnenflares den Alltag betreffen

Sonnenflares sind kolossale Explosionen auf der Sonne, die Satelliten, Funksignale, Navigationssysteme und sogar Stromnetze auf der Erde stören können. Um diese Weltraumwetter-Stürme vorherzusagen und sich darauf vorzubereiten, müssen Wissenschaftler nicht nur wissen, wie viel Energie eine Flare freisetzt, sondern genau verstehen, wie diese Energie durch die Sonnenatmosphäre transportiert wird. Dieser Artikel beleuchtet eine überraschende Entdeckung: Selbst innerhalb einer einzigen Flare können verschiedene Teile desselben hellen „Bandes“ auf der Sonne auf sehr unterschiedliche Weise angetrieben werden.

Helle Bänder auf einer stürmischen Sonne

Wenn eine Sonnenflare ausbricht, setzt sie Energie hoch in der äußeren Atmosphäre der Sonne frei und schickt sie die magnetischen „Schlaufen“ entlang zur Oberfläche. Dort, wo diese Schlaufen die Sonne berühren, leuchten sie als lange, dünne Streifen, die man Flares-Bänder nennt. Diese Bänder sind die sichtbaren Fußabdrücke der Flare. Mit der Raumsonde Solar Orbiter konzentrierte sich das Team auf eine bescheidene „Mikroflare“, die in der Nähe einer viel größeren Flare auftrat. Ein Instrument namens SPICE beobachtete denselben schmalen Streifen auf der Sonnenoberfläche in schnellen Schnappschüssen alle fünf Sekunden und erfasste zwei getrennte Bandfußpunkte: einen hellen und intensiven im oberen Band und einen schwächeren und langsameren im unteren Band.

Der Sonne im Wasserstofflicht lauschen

Um herauszufinden, wie die Energie transportiert wurde, betrachteten die Forscher nicht nur die Helligkeit der Flare. Stattdessen maßen sie das Verhältnis zweier ultravioletter Wasserstoff-Fingerabdrücke, bekannt als Lyman-beta und Lyman-gamma. Diese Spektrallinien entstehen in der unteren Atmosphäre der Sonne und reagieren sehr empfindlich auf Erwärmung. Unter ruhigen Bedingungen bleibt ihr Intensitätsverhältnis nahezu konstant, doch während der Flare sank es drastisch. Am hellen oberen Fußpunkt stürzte das Verhältnis schnell auf deutlich niedrigere Werte und erholte sich bereits nach etwa einer halben Minute. Am schwächeren unteren Fußpunkt fiel das Verhältnis weniger stark, blieb aber deutlich länger niedrig. Dieser Kontrast deutete darauf hin, dass dieselbe Flare benachbarte Bereiche der Sonne auf sehr unterschiedliche Weise erwärmte.

Energiepfade mit Supercomputern testen

Zur Interpretation dieser Veränderungen wandte sich das Team detaillierten Computersimulationen von Flare-Schlaufen zu, die nachverfolgen, wie Gas, Licht und Teilchen auf plötzliche Energiezufuhr reagieren. Sie untersuchten mehrere Szenarien. In einigen transportierten Strahlen sehr schneller Elektronen oder Protonen – oft als nicht-thermische Teilchen bezeichnet – Energie die Schlaufe hinab und prallten in dichtere Schichten darunter. In anderen Fällen wurde die Spitze der Schlaufe einfach erhitzt, und die Energie floss dann als gewöhnliche Wärme durch thermische Leitfähigkeit nach unten, ähnlich wie Wärme, die sich entlang einer Metallstange ausbreitet. Aus jeder Simulation erzeugten sie synthetische Spektren und berechneten, wie das Lyman-beta/gamma-Verhältnis für SPICE aussehen müsste, einschließlich der Unschärfe und des Rauschens des echten Instruments.

Zwei verschiedene Motoren in einer Flare

Der Vergleich war eindrücklich. Simulationen, in denen energiereiche Teilchen die untere Atmosphäre bombardierten, erzeugten einen schnellen, tiefen Abfall des Lyman-Verhältnisses, der das Verhalten des hellen oberen Fußpunkts gut nachbildete. Modelle, die hauptsächlich durch thermische Leitung angetrieben wurden und keine starken Teilchenstrahlen aufwiesen, zeigten nur einen kleineren, allmählicheren Abfall – sehr ähnlich dem schwächeren unteren Fußpunkt. Zusätzliche Modellrechnungen eines ganzen Bogens magnetischer Schlaufen zeigten, dass ein SPICE-ähnlicher Spalt, der eine solche Struktur überquert, tatsächlich eine helle, kurzlebige Quelle dort sehen würde, wo Teilchen niederschlagen, und eine schwächere, länger anhaltende Quelle dort, wo Wärme sanfter nach unten sickert. Beobachtungen und Modelle zusammen deuten darauf hin, dass ein Bandsegment hauptsächlich von schnellen Teilchen angetrieben wurde, während das benachbarte Segment vorwiegend durch von oben abfließende Wärme versorgt wurde.

Neu denken, wie Flares ihre Kraft entfalten

Diese Arbeit stellt die lange gehegte Ansicht in Frage, dass Strahlen energiereicher Elektronen den Energietransport entlang eines gesamten Flares-Bandes dominieren. Stattdessen zeigt sie, dass an verschiedenen Orten unterschiedliche Mechanismen die Oberhand gewinnen können, selbst innerhalb desselben Ereignisses und nur wenige tausend Kilometer auseinander. Das einfache Verhältnis zweier Wasserstofflinien erweist sich als mächtiges Diagnosewerkzeug, um zu erkennen, wo und wann schnelle Teilchen präsent sind und wie lange sie wirken. Mit schärferen und schnelleren Beobachtungen von Flares-Bändern durch neue Sonnenteleskope werden diese Techniken Wissenschaftlern helfen, die verborgenen Energiepfade der Sonne immer feiner zu kartieren und so langfristig die Vorhersage der Sonnenstürme zu verbessern, die Technologie und Leben auf der Erde beeinflussen.

Zitation: Kerr, G.S., Krucker, S., Allred, J.C. et al. Spatial variation of energy transport mechanisms within solar flare ribbons. Nat Astron 10, 202–213 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02747-9

Schlüsselwörter: Sonnenflares, Flares-Bänder, Weltraumwetter, Energietransport, Solar Orbiter