Die aktive Sonne: Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg Von Sonnenflecken zu...

Die aktive Sonne:

Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg

Von Sonnenflecken zu PolarlichternRolf Schlichenmaier (schliche@kis.uni-freiburg.de)

(1) Aufbau der Sonne

(2) Sonnenflecken

(3) Messung und MHD

(4) Magnetfeldentstehung

(5) Sonnenzyklus (6) Sonneneruptionen

(7) Polarlichter

Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik

1240 m, Schauinsland bei Freiburg:• Gegründet 1943• Tests von Instrumenten• Ausbildung von Studenten• Öffentlichkeitsarbeit

Teleskop mit Spektrograph: • 45 cm Öffnung

KIS, Schöneckstr. 6, Freiburg

Observatorium Schauinsland

www.kis.uni.freiburg.de

Observatorium Teide (Izaña, Teneriffa)

Pico del Teide

Stabile Inversionsschicht

GREGOR, 1.5 mVTT, 70 cm

Warum Sonnenphysik?

• Magnetfelder wesentlich bei Entwicklung von Planeten, Sternen und Galaxien.

• Sonne ist Energiequelle für die Erde.

• Magnetfelder verursachen eine Variabilität der Strahlung: Beschleunigung von Teilchen.

• Wechelwirkung zwischen Magnetfeld, Strahlung und Materie sind nichtlinear, nichtlokal, dynamisch und kleinskalig (turbulent): Sonne als Labor.

Animation:

• NAOJ, SOT@Hinode

• Auflösung:

0,25 ’’ = 200 km

Sonne: 1400 Mm,1400 000 km, 0.5 Grad, 30 ’, 1800 ’’

Querschnitt der Sonne

Die Sonne strahlt wie ein schwarzer Strahler mit ca. 5800 K.

Das Strahlungsspektrum der Sonne

400 nm 700 nm

Mehr als 99% des Lichtes von der Sonne stammt aus der Photosphäre

Photosphäre = Sonnenoberfläche

Die Photosphäre

(Fraunhofersche-) Absorptionslinien

B = 0B > 0

Magnetfeldmessung: Der Zeeman-Effekt

Sonnenflecken auf der

Sonnenscheibe

HMI/SDO, NASA:• 4k x 4k CCD• Fe I 617.3 nm (g=3)• 5 * 4 Bilder /min• HMI + AIA: 2 TB/Tag

Die Entfernung der Sonne von der ErdeBlende der Lochkamera

Messung mit Lochkamera

http://www3.kis.uni-freiburg.de/~schliche/Lochkamera.html

Die magnetische

Sonne

Magnetische Regionen=

Aktive Regionen=

Bipolare Regionen

B pos: gelb-rotB neg: grün-blau

Warum sind Sonnenflecken dunkel?

Hale (1908): Sonnenflecken sind assoziiert mit konzentriertem Magnetfeld.

Photosphäre: Konvektion transportiert Energie.

Sonnenfleck: Magnetfelder unterdrücken Konvektion.

Sonnenflecken sind also kühler und somit dunkler.

Gleichungssystem: Magnetohydrodynamik

Maxwell:

Kontinuität:

Bewegung:

Ohmsches Gesetz:

Energie:

Magnetische Spannung (Krümmung): Magnetische Feldlinien haben das Bestreben sich zu verkürzen. Es wirkt eine Rückstellkraft proportional zur Krümmung und dem Quadrat von B. Feldlinie schwingt wie eine Saite (Alfven-Welle).

Magnetischer Druck: Magnetisiertes Plasma drückt in Richtung abnehmenden Magnetfelds. Eine magnetische Flussröhre in unmagnetisierter Umgebung muss kleineren Gasdruck haben, wenn sie sich im Druckgleichgewicht und thermischem Gleichgewicht befindet.

Heißes Gas - freie Elektronen - Plasma:

Elektrischer Strom fließt widerstandsfrei.

"Wo ein Strom fließt, ist auch ein Magnetfeld."

Prinzip: 2 Kreisströme, erzeugen gemeinsam eine Magnetfeldlinie.

Kreisströme entfernen sich voneinander wegen Scherströmung.

Magnetfeldlinie wird indie Länge gezogen.

Magnetfeldverstärkungdurch Aufwicklung.

Magnetfeldverstärkung

Lorentz-Kraft: (a) Magnetfeldlinienhaben wirken ihrer Krümmung entgegen.

Krümmungkraft

(b) Es wirkt eine Kraft in Richtung des abnehmenden Magnetfeldes.

Abstoßung zwischen magnetischen Feldlinien:magnetischer Druck

aus (b) folgt: Kleinerer Gasdruck innerhalb als außerhalb.

Geringere Dichte innerhalb als außerhalb.

Auftrieb!

Lorentz-Kraft, "magnetischer Druck" und Auftrieb

Die differenzielle Rotation: Drehimpuls-Umverteilung durch Konvektion

• Äquator rotiert schneller als Pol.

• Am Äquator rotiert die Oberfläche schneller als das Innere.

Verwicklung der Magnetfeldlinien

Wie entstehen Sonnenflecken?

Bipolare RegionenAktive Regionen.

Sonnenflecken und Fackeln am Sonnenrand

Die Sonne im Röntgenlicht: Korona

Magnetogramm in der Photosphäre

EIT/SOHO, Fe XII, 2 Mil. K

Mai 1996 Dezember 2000

Sonnenzyklus in Bildern

Minimum Maximum

Sonnenfleckenanzahl im monatlichen Mittel

1750 - 2012

Von der Photosphäre

in die Korona

Magnetfelder in der Korona: Bögen

(TRACE)

Magnetische Rekonnektion

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Koronale Massen-auswürfe

Halloween 2003,Lasco C3 (SOHO)

Sonnenwind und Erdmagnetosphäre:Weltraumwetter (space weather)

Weltraumwetter

Yuichi Takasaka, 2009

Polarlichter

Polarlichter

Die aktive Sonne: Von Sonnenflecken zu Polarlichter

Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg

Rolf Schlichenmaier schliche@kis.uni-freiburg.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.