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Die aktive Sonne:
Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg
Von Sonnenflecken zu PolarlichternRolf Schlichenmaier ([email protected])
(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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a.g
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bes
tofs
oh
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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 [email protected]
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.