Anziehend: Sterne und ihre Magnetfelder

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Die Sonne produziert nicht nur Licht, sondern auch starke Magnetfelder, die in unserem gesamten Planetensystem nachweisbar sind. Während diese Magnetfelder heute mit Raumsonden bis an die Grenzen des Sonnensystems direkt erfasst werden können, ist die Astrophysik bei der Analyse von Sternen in der Milchstraße auf indirekte Messmethoden angewiesen. Trotzdem lernen wir immer mehr über die unsichtbaren Felder leuchtender Objekte in unserer Milchstraße. Anlässlich des Starts der Sonde Solar Parker habe im letzten Jahr mit den Astrophysikern Joachim Woch und Stefan Jordan sowohl über solare Weltraum-Missionen als auch über astronomische Beobachtungen gesprochen.

Die Erforschung des solaren Magnetfeldes ist eine junge astronomische Disziplin. Erst seit der Mitte des vorigen Jahrhunderts sind Astrophysiker in der Lage, sich intensiv damit zu befassen. Die Entwicklung der Raumfahrt war dafür ein wichtiges Hilfsmittel. Überall dort, wohin wir Raumsonden schicken können, lassen sich diese Felder mit Magnetometern direkt messen. Sonden haben das solare Magnetfeld schon mehrfach aus der Nähe untersucht. Über viele Jahrzehnte hielten allerdings die beiden deutsch-amerikanischen Helios-Sonden den Rekord der größten Annäherung. 2019 wurde dieser Rekord nun von der Parker Solar Probe gebrochen, die jetzt bis zu 25 Mio. km an die Sonnenoberfläche heran gekommen ist. In den nächsten Jahren soll sich das weltraum-gestützte Sonnenlabor der  Sonne noch weiter nähern. 2025 wird sie die Sonne in nur 88 Tagen umrunden und sich der Oberfläche dabei bis auf sechs Millionen Kilometer nähern. Ziel ist die Vermessung kleinskaliger Strukturen des Sonnenwindes. Inzwischen ist ihr der europäische Sonde Solar Orbiter gefolgt. Ihre Aufgaben sind komplementär zu Parker Solar zu sehen, denn Solar Orbiter wird sich den großskaligen Phänomenen widmen und auch Bilder in unterschiedlichen Spektralbereichen von der Oberfläche der Sonne aufnehmen, die dann auch mit kleinskaligen Beobachtungen von Parker Solar in Bezug gesetzt werden können. Solar Orbiter wird sich zwar nicht so nahe an die Sonne heranwagen wie Parker Solar, dafür gibt es ein anderes „first“. Erstmals wird der 22 Jahre dauernde Sonnenzyklus aus den Polgegenden genau vermessen werden, denn in der zweiten Hälfte der Mission wird Solar Orbiter die Bahn der Ekliptik verlassen und in eine polare Bahn einschwenken. Joachim Woch, Astrophysiker am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, meint, dass mit den dabei erzielten Beobachtungen „die Theoretiker die Theorie der Sonnenmagnetfelder zumindest im Detail werden umschreiben müssen“.

Sonden haben das solare Magnetfeld schon mehrfach aus der Nähe untersucht. Über viele Jahrzehnte hielten allerdings die beiden deutsch-amerikanischen Helios-Sonden den Rekord der größten Annäherung. 2019 wurde dieser Rekord nun von der Parker Solar Probe gebrochen, die jetzt bis zu 25 Mio. km an die Sonnenoberfläche heran gekommen ist. In den nächsten Jahren soll sich das weltraum-gestützte Sonnenlabor der  Sonne noch weiter nähern. 2025 wird sie die Sonne in nur 88 Tagen umrunden und sich der Oberfläche dabei bis auf sechs Millionen Kilometer nähern. Ziel ist die Vermessung kleinskaliger Strukturen des Sonnenwindes. Inzwischen ist ihr der europäische Sonde Solar Orbiter gefolgt. Ihre Aufgaben sind komplementär zu Parker Solar zu sehen, denn Solar Orbiter wird sich den großskaligen Phänomenen widmen und auch Bilder in unterschiedlichen Spektralbereichen von der Oberfläche der Sonne aufnehmen, die dann auch mit kleinskaligen Beobachtungen von Parker Solar in Bezug gesetzt werden können. Solar Orbiter wird sich zwar nicht so nahe an die Sonne heranwagen wie Parker Solar, dafür gibt es ein anderes „first“. Erstmals wird der 22 Jahre dauernde Sonnenzyklus aus den Polgegenden genau vermessen werden, denn in der zweiten Hälfte der Mission wird Solar Orbiter die Bahn der Ekliptik verlassen und in eine polare Bahn einschwenken. 

Die Sonne können wir nur im Jetzt beobachten. Wie verändert sich das Magnetfeld im Lauf des Lebenszyklus eines Sterns? Wir wissen, dass sich der Typ unseres Zentralgestirns zuerst zu einem roten Riesen aufbläht und dann zu einem weißen Zwerg kollabiert. Wird der Reststern unserer Sonne in einigen Milliarden Jahren auch noch ein Magnetfeld zeigen? Draußen in der Milchstraße haben wir schon zahllose solcher Sternleichen entdeckt. Doch erst vor kurzem konnte erstmals auch bei einem solchen weißen Zwerg eine Magnetosphäre werden. Erstaunlicherweise können die kollabierten Weißen Zwerge starke Magnetfelder zeigen, die ein Vielfaches der Sonne sind.

Theoretiker sagen uns heute, dass alle Sterne ein mehr oder weniger ausgeprägtes Magnetfeld besitzen sollten. Allerdings gibt es Unterschiede: Bei heißen Sternen wie etwa Sirius, der auf der Oberfläche keine sichtbaren äußeren Konvektionsströme zeigen, könnten diese turbulenten Vorgänge nicht, wie bei der Sonne, nahe an der Oberfläche, sondern tief im Kern liegen. Doch neueste Beobachtungen zeigen auch, dass dies kein generell geltendes Phänomen dieses Sterntyps ist, denn inzwischen sind zahlreichen Objekte dieser Art entdeckt worden, die durchaus ein Magnetfeld haben, das deutlich stärker ist als das der Sonne. Die größten jemals beobachteten Magnetfelder von Sternen stammen von den massereichsten Objekten: von Neutronensternen und Schwarzen Löchern, also jenen Exoten des Hochenergie-Universums mit den größten und am schnellsten rotierenden Massen. Aber haben tatsächlich alle Sterne ein Magnetfeld? Die Beantwortung dieser Frage dürfte auf längere Sicht schwierig bleiben, denn bisher können wir nur Magnetfelder indirekt beobachten, die mindestens ein Vielfaches des Sonnen-Magnetfeldes haben.

Die ältesten messbaren Magnetfelder stammen übrigens schon aus der Anfangszeit des Universums. Sie lassen sich in polarisiertem Radiolicht bereits in der schwachen Hintergrundstrahlung nachweisen, 300.000 Jahre nach dem Urknall entstanden. Immer mehr zeichnet sich ab: Die unsichtbaren Magnetfelder, die das All durchziehen, sind für die viele Milliarden Jahre währende Entwicklungsgeschichte der Himmelsstrukturen von großer Bedeutung. Auch wenn wir immer mehr Strukturen im Universum beobachten, so bleiben für Astrophysiker die Forschungen im Sonnensystem und nahe der Sonne doch ein Solitär, denn nur hier können wir magnetische Messungen vor Ort machen.

 

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Ich habe viele Jahre journalistisch im Bereich Wissenschaft und Technologie gearbeitet, später dann mit meiner kleinen Beratungsfirma als Medienexpertin. 2010 erfüllte ich mir meinen großen Traum und gründete den Spartensender HYPERRAUM.TV, für den ich eine medienrechtliche Rundfunklizenz erteilt bekam. Seither mache ich als One-Woman-Show mit meinem „alternativen TV-Sender“ gewollt nicht massentaugliches Fernseh-Programm. Als gelernte Wissenschaftshistorikern habe ich mich gänzlich der Zukunft verschrieben: Denn die Vergangenheit können wir nur erkennen, die Zukunft aber ist für uns gestaltbar. Wir sollten versuchen, nicht blind in sie hinein zu stolpern!

3 Kommentare

  1. Ja, nicht alle Phänomene, die es im Zusammenhang mit dem Sonnenmagnetfeld gibt, sind schon verstanden und gewisse Phänomene wie die magnetische Rekonnektion sind geradezu geheimnisvoll und als hochenergetische Prozesse an und für sich interessant. Bei der magnetischen Rekonnektion ändern sich abrupt die Feldlinien wobei magnetische Energie in kinetische Energie umgewandelt wird und Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden können. Das Polarlicht scheinen wir solchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigten Teilchen, die von der Sonne wegbeschleunigt werden, zu verdanken. Neuerdings gibt es die Idee der Physikerin Fatima Ebrahimi die magnetische Rekonnektion für Ionenantriebe von Raketen anzuwenden. Erste Versuche waren erfolgreich. Die Ionen werden auf bis 10 Mal so hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wie bei heutigen Ionentriebwerken. Fatima Ebrahimi schätzt das Potenzial des Rekonnektions-Triebwerks so ein (Zitat):

    “Langstreckenflüge dauern Monate oder Jahre, weil der spezifische Impuls chemischer Raketentriebwerke sehr gering ist, so dass das Raumschiff eine Weile braucht, um auf Geschwindigkeit zu kommen”, sagt Ebrahimi. “Aber wenn wir Triebwerke bauen, die auf magnetischer Rekonnexion basieren, dann könnten wir Langstreckenmissionen in kürzerer Zeit durchführen.”

    Verrückt sind aber auch schon sonnennahe Missionen wie sie jetzt von der Parker Solar Mission durchgeführt werden mit einer 7 Mal stärkeren Annäherung an die Sonne als alle bisherigen Missionen, wobei Temperaturen über 1000 Grad an der sonnenzugewandten Seite der Sonde entstehen.
    Das Solar Surfing NIAC- Projekt will gar noch einmal 8 Mal näher an die Sonne herankommen als die Parker Sonde. Zitat:

    Das Ziel unserer NIAC-Studie der Phase 1 war es, zu bestimmen, wie nahe ein Raumfahrzeug der Sonne mit einer neuartigen, sehr hoch reflektierenden Beschichtung kommen kann. Unter Verwendung dieses Materials zur Abdeckung eines dünnen Sonnenschilds und unter Einbeziehung eines sekundären versilberten Reflexionskegels zwischen dem Schild und dem Raumfahrzeug (um die Infrarotstrahlung vom Schild weg zu reflektieren), sagen wir voraus, dass Entfernungen bis zu einem Sonnenradius von der Sonnenoberfläche erreicht werden können – eine achtfache Verbesserung gegenüber der Parker Solar Probe.

  2. Jeder Stern kann prinzipiell ein magnetisches Feld besitzen, denn in jedem Stern gibt es in Folge der Hitzeentwicklung Plasmaströme und Plasmen sind von Haus aus leitfähig für Elektrizität, elektrischer Strom aber erzeugt Magnetfelder. Mit den erzeugten Magnetfeldern werden dann weitere elektrische Ströme induziert, was das ursprüngliche Magnetfeld verstärkt, mindestens aber aufrecht erhält. Was ich hier beschrieben habe nennt man das Prinzip des magnetohydrodynamischen Dynamos. Dieses Prinzip ist der Grund, dass sich kein Astronom wundert, dass fast alle Sterne ein Magnetfeld besitzen. Allerdings erklärt dieses Prinzip nicht, warum einige Sterne ein sehr starkes, andere nur ein schwaches Magnetfeld besitzen. Überhaupt weiss man über die konkreten Einzelfälle, also die einzelnen Sterne in Bezug auf die Entstehung ihres Magnetfelds wenig. Sogar in der Sonne ist es unklar, wo genau innerhalb der Sonne die Magnetfelder entstehen.

    Mit den Magnetfeldern der Erde scheint es sich also ähnlich zu verhalten wie mit Beziehungen zwischen Menschen, wo man prinzipiell weiss, warum es Beziehungen und Partnerschaften gibt, es aber schwer abzuschätzen ist, wie und warum sich in einer konkreten Beziehung einmal starke, dann wieder nur schwache Kräfte entfalten.

  3. https://scilogs.spektrum.de/beobachtungen-der-wissenschaft/eine-sternstunde-der-wissenschaft-des-20-jahrhunderts-die-bestaetigung-von-einsteins-allgemeiner-relativitaetstheorie-vor-100-jahren/?unapproved=4906&moderation-hash=1512b707c3ca0c4d7c43c5f2701eca0f#comment-4906

    Zarathustra
    16.04.2020, 16:27 Uhr

    1-Eigenzeit
    2-Ruheenergie
    3-Ruhemasse
    4-Vierte Dimension
    5-Vierer-Geschwindigkeit
    6-Vierer-Abstand
    7-Elektromagnetische Eigenschaft (Anziehung und Abstoßung)

    Wie oft soll ich denn widerholen? wie oft?

    Das Problem liegt doch darin, dass kein Physiker auf der Welt weiß, was die fundamentalste Begriffe (s.o.) die sie verwenden, physikalisch bedeuten.

    So werden auch in 10 Millionen Jahren die grundlegende Fragen immer noch offen sein, wenn die Welt (Vorerst ,Menschen in BLogs und Foren + Staatsanwaltschaft Ffm) dieses historischen Verbrechen nicht beendet und die Mauer des Schweigens niedergerissen wird.
    Also zunächst soll man wissen, was ein magnetisches Feld ist, um zu wissen wie diese in Sternen zustande kommt.

    nochmal.
    Wenn meine weltbewegende Entdeckungen weltweit bekannt werden, schickt man Jeden Professor SOFORT (nicht paar Tage später) in die Psychiatrie, der die Relativitätstheorie als eine Wissenschaftliche These verkaufen will, denn diese Theorie (und die geltende Interpretation der QM)ist purer Wahnsinn im wahrsten Sinne des Wortes (im medizinischen Sinne). Ich warte seit Jahren auf einen Physiker, der andere Meinung ist.
    So ein Physiker kann es nicht geben, weil meine Argumente ABSOLUT UNWIDERLEGBAR sind.
    Nur ein tatsächlich wahnsinniger kann behaupten, dass die Materieteilchen nicht materiell (Lokalisierbar, Berührbar, bildlich vorstellbar, ..) sind, jedoch einen Drehimpuls, eine Masse usw. aufweisen.

    Das ist purer WAHNSINN und soll in der Psychiatrie behandelt werden und nicht in Universitäten.

    https://scilogs.spektrum.de/beobachtungen-der-wissenschaft/was-wir-von-2021-erwarten-duerfen-die-grossen-technologischen-trends-gehen-weiter/

    Zitat:
    *Eigentlich wünsche es mir nicht, sondern ich werde die Welt zwingen diese zur Kenntnis zu nehmen.
    Es gibt kein Entrinnen. Die Welt MUSS und WIRD davon erfahren. Ich werde dafür sorgen.

    —————————————————-

    Beendet endlich das abscheulichste Verbrechen in der Menschheitsgeschichte und stellt meine weltbewegende Entdeckungen(z.B. die physikalische Bedeutung des Vierer-Abstandes, Ruhemasse und Ruheeneregie) zur Diskussion
    Tun Sie es. Es gab und wird kein abscheulicheres Verbrechen in der Geschichte geben, denn hierbei handelt es sich um Lebensweise der gesamten Menschheit (Nicht nur die jetzige 7.5 Milliarden) auf der Erde.

    Diese Erkenntnisse stellen das wichtigste Ereignis in der Geschichte der Entwicklung des Menschheitsbewusstseins.

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