Polaritätsaufgelöste Magnetogramme der Rückseite basierend auf helioseismischen Messungen

Warum es wichtig ist, die verborgene Seite der Sonne zu beobachten

Stürme des Weltraumwetters von der Sonne können Satelliten, Stromnetze und Funkkommunikation auf der Erde stören. Diese Stürme werden von aktiven Regionen angetrieben—Bereichen intensiver Magnetfelder—auf der Sonnenoberfläche. Die Sonnenseite, die der Erde zugewandt ist, sehen wir sehr gut, doch für die gegenüberliegende Hemisphäre sind wir de facto blind. Diese Studie stellt eine neue Methode vor, mit der sich nicht nur das Vorhandensein, sondern auch die magnetische Struktur und Polarität (Nord–Süd-Ausrichtung) aktiver Regionen auf der Rückseite der Sonne erschließen lassen, indem man subtile Schwingungen der Sonnenoberfläche mit Raumfahrtmessungen kombiniert. Das bringt uns der Möglichkeit näher, nahezu in Echtzeit eine vollständige 360-Grad-Magnetkarte der Sonne zu erstellen.

Dem Inneren der Sonne lauschen

Die Sonne klingt ständig mit Schallwellen, die in ihrem Inneren hin und her laufen. Wenn diese akustischen Wellen durch magnetisch aktive Regionen reisen, werden ihre Laufzeiten geringfügig verzögert. Netzwerke von Teleskopen auf der Erde, wie das Global Oscillation Network Group (GONG), zeichnen diese Oberflächenbewegungen auf und nutzen „helioseismische Holographie“, um zu rekonstruieren, wie die Wellen auf der Rückseite gestört wurden. Seit mehr als zwei Jahrzehnten zeigen diese Techniken, wo starke aktive Regionen auf der Rückseite existieren; zuverlässig angeben konnten sie jedoch nicht, welche Teile dieser Regionen positive oder negative magnetische Polarität besitzen. Diese fehlende Information ist entscheidend, um zu modellieren, wie sich das Magnetfeld der Sonne in den Weltraum erstreckt und um die Bahnen solarer Eruptionen vorherzusagen.

Seismische Wellen in magnetische Karten umwandeln

Um diese Lücke zu schließen, kombinieren die Autoren helioseismische Daten von GONG mit direkten Magnetfeldmessungen des SO/PHI-Instruments an Bord der Raumsonde Solar Orbiter, die gelegentlich große Bereiche der Rückseite der Sonne beobachtet. Sie erstellen einen Datensatz über drei Jahre (2022–2024), in dem sich seismische Karten der Rückseite und Magnetogramme der Rückseite räumlich und zeitlich überschneiden. Ein maschinelles Lernsystem namens FASTARR erkennt zunächst die Umrisse aktiver Regionen auf den seismischen Karten. Innerhalb dieser Umrisse vergleicht das Team die Stärke der seismischen Phasenverschiebungen—die winzigen Zeitänderungen der Wellen—mit der gemessenen Magnetfeldstärke. Durch die Analyse von Hunderttausenden von Pixeln über 190 aktive Regionen zeigen sie, dass das seismische Signal einer stabilen, nichtlinearen Beziehung zum zugrundeliegenden Magnetfeld folgt: Die Phasenverschiebung wächst bei zunehmendem Feld in schwachen Regionen schnell an und sättigt sich dann allmählich bei stärkeren Feldern. Diese kalibrierte Kurve erlaubt es, jede seismische Karte der Rückseite in eine ungefähre Karte der Magnetfeldstärke zu konvertieren.

Die magnetischen Plus- und Minus-Pole finden

Zu wissen, wie stark das Magnetfeld ist, ist nur die halbe Miete; Modelle des Weltraumwetters benötigen auch die Orientierung des Magnetfelds. Das Team nutzt ein einfaches, aber wirkungsvolles Muster: Die meisten aktiven Regionen besitzen zwei Hauptmagnetlappen entgegengesetzten Vorzeichens, die nebeneinander liegen. Wenn sie ansehen, wie die inferierte magnetische Stärke entlang der Länge einer Region variiert, sehen sie häufig ein deutlich doppelgipfliges Profil—ein Gipfel für jeden Lappen. Indem sie jede Region in ihre beste Ausrichtung drehen und diesem Profil zwei glatte Hügel anpassen, können sie ableiten, wo die Grenze zwischen den Polaritäten liegt und welche Seite in Richtung Sonnenrotation „führend“ oder „folgend“ ist. Sie kombinieren diese geometrische Information anschließend mit Hales Polaritätsregel—einem gut geprüften Muster, das angibt, welche Polarität in welcher Hemisphäre während eines bestimmten Sonnenzyklus führen sollte—um durchgehende positive und negative Vorzeichen über die Region zuzuweisen. Das Ergebnis ist eine glatte, polaritätsaufgelöste Magnetkarte der Rückseitenregion, die direkt mit SO/PHI-Magnetogrammen verglichen werden kann.

Die Methode in einem schweren Sturm testen

Die Autoren prüfen ihren Ansatz an einem dramatischen Ereignis im Mai 2024, als ein Cluster großer aktiver Regionen intensive Sonneneruptionen und erdgerichtete Ausbrüche erzeugte, die zu einem der stärksten geomagnetischen Stürme des Sonnenzyklus 25 führten. Als wichtige Regionen aus der Sicht der Erde rotierten und auf die Rückseite gelangten, verfolgte ihre helioseismische Technik weiterhin Größe, Stärke und Polaritätsstruktur der magnetischen Komplexe. Dort, wo Solar Orbiter direkte Magnetogramme der Rückseite lieferte, stimmten die rekonstruierten Karten gut mit den beobachteten Formen und Polaritätsmustern überein und erfassten, wie sich die Regionen im Laufe der Zeit fragmentierten und abschwächten. Quantitative Vergleiche zeigen, dass die Methode die relative Stärke und das Vorzeichen des Magnetfelds mit guter Genauigkeit reproduziert, insbesondere in den stärkeren Teilen der Regionen, die für das Weltraumwetter am wichtigsten sind.

Ein Schritt hin zur Voll-Sonnen-Vorhersage des Weltraumwetters

Kern dieser Arbeit ist die Erkenntnis, dass eine sorgfältige Analyse der Schwingungen der Sonne, geleitet von physikalischen Regeln und validiert durch Raumfahrzeuge, sowohl Stärke als auch Orientierung des Magnetismus auf der uns nicht direkt sichtbaren Hemisphäre rekonstruieren kann. Indem seismische Karten der Rückseite in polaritätsaufgelöste Magnetogramme mit sechs Stunden Auflösung verwandelt werden, kann diese Methode eine langjährige Blindstelle in der Sonnenüberwachung schließen. In Kombination mit herkömmlichen Vorderseiten-Magnetogrammen ermöglicht sie realistischere Voll-Sonnen-Eingaben für Modelle der Corona und des Sonnenwinds und verbessert so unsere Fähigkeit, vorherzusagen, wann und wie Sonnenstürme die Erde und das übrige Sonnensystem beeinflussen werden.

Zitation: Hamada, A., Jain, K., Strecker, H. et al. Polarity-resolved far-side magnetograms based on helioseismic measurements. Sci Rep 16, 13110 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42917-x

Schlüsselwörter: Weltraumwetter, solarer Magnetismus, Helioseismologie, solare aktive Regionen, Solar Orbiter