Wertvolle bodenbasierte Daten für die Beobachtung von Sonneneruptionen
„Bereiche mit Nichtübereinstimmungen sind immer interessanter!“ sagt Prof. Lyndsay Fletcher, Koordinatorin von F-CHROMA (Flare Chromospheres: Observations, Models and Archives). Seitdem das Projekt im Jahr 2014 gestartet worden war, haben Fletcher und ihr Team jede Möglichkeit genutzt, um das wissenschaftliche Verständnis über Sonneneruptionen zu verbessern und bestehende Modelle und Theorien auf den Prüfstand zu stellen. Bemerkenswerter Weise wurde festgestellt, dass die eruptive Energie weitaus tiefer als angenommen in die Sonnenatmosphäre eindringen muss und es wurde bewiesen, dass die Ionisation in der Chromosphäre ein Schlüsselfaktor für die Entwicklung einer Sonneneruption ist. Die Beobachtungen im Zuge des Projekts wurde mithilfe weltraumbasierter Einrichtungen und, bedeutsamer Weise, bodenbasierter Einrichtungen gemacht, deren Beobachtungsmöglichkeiten vor Beginn des Projekts nicht vollständig ausgeschöpft worden waren. „Wir planten, jede Möglichkeit zu nutzen, Beobachtungszeiten von bodenbasierten Einrichtungen (einschließlich von Möglichkeiten, die sich durch das EU-finanzierte Projekt SOLARNET boten) zu erzielen und waren ziemlich erfolgreich“, erinnert sich Prof. Fletcher. „Mithilfe der Beobachtungszeit von bodenbasierten Einrichtungen stellten wir fest, dass Sonnenbeobachtungssatelliten wie der IRIS-Satellit der NASA uns bereitwillig, wo immer möglich, bei unseren Beobachtungen unterstützten. Sowohl weltraum- als auch bodenbasierte Teleskope beleuchten lediglich kleine Flächen der Sonnenscheibe, sodass wir eine Strategie benötigten, mit der wie die besten Chancen zur Beobachtung von Sonneneruptionen hätten, da diese plötzlich stattfinden und unvorhersehbar sind.“ Unter Fokussierung auf den komplexesten Teil einer Gruppe von Sonnenflecken und Stellen, an dem zuvor Sonneneruptionen festgestellt worden waren, entschied sich das Team für einen „Sit and Stare“-Ansatz (z. dt.: sitzen und zuschauen), der sich als erfolgreich erwies: Es wurden insgesamt 30 neue bodenbasierte Flare-Datensätze gewonnen und das Team konnte optimale Strategien für Flare-Beobachtungen mit den neuen bodenbasierten Teleskopen ermitteln, die online gestellt werden. Amateur-Sonnenbeobachter, die oftmals Zugang zu ausgezeichnetem Equipment haben, konnten ebenfalls einen Beitrag leisten. Im September 2015 und Juli 2016 organisierte das Team sogenannte F-HUNTERS-Kampagnen, um solche Amateure dazu zu ermutigen, die Sonneneruptions-Beobachtungsziele von F-CHROMA zu verfolgen und ihre Daten zu übermitteln. „Mit den Teleskopen, die von Amateur-Beobachtern verwendet werden, ist es im Allgemeinen möglich, einen größeren Bereich der Sonnenscheibe zu sehen (jedoch mit etwas weniger räumlichen Details) als mit professionellen Teleskopen, sodass Amateure in der Lage sind, Sonneneruptionen ,einzufangen’, die professionellen Teleskopen entgehen“, erklärt Prof. Fletcher. Mit Amateur-Teleskopen lässt sich ebenso breitbandiges weißes Licht beobachten – was für das menschliche Auge sichtbar ist, wenn man ein Bild der Sonne projiziert, während sich eine Sonneneruption ereignet. Diese Strahlung wird mit professionellem Equipment, welches eher spezifischere Spektralemissionslinien hervorhebt, gemeinhin übersehen, ist jedoch für die Erklärung der Energetik einer Sonneneruption von entscheidender Bedeutung. „Wir denken über Möglichkeiten nach, wie dies in eine Richtung gelenkt werden kann, dass Beobachtungen durch bodenbasierte Sonnenobservatorien der nächsten Generation in bedeutsamer Weise unterstützt werden und wie die Beobachtungen von Amateuren hierzu optimiert werden könnten“, sagt Prof. Fletcher. „Die Qualität von manchen der bereitgestellten Daten war sehr hoch und mit entsprechenden Kalibrierungen wäre es grundsätzlich möglich, unsere Wissenslücken über die Entwicklung bestimmter Sonneneruptionen zu schließen. Die gesamte Erfahrung und insbesondere die äußerst begeisterte Reaktion unserer Amateur-Kollegen beflügelte das gesamte Team. Wir wurden daran erinnert, warum wir uns dieser Aufgabe widmen.“ Daten für alle Die sorgfältige Modellierung und Datenanalyse im Rahmen von F-CHROMA zu Strahlung aus der Chromosphäre liefert insgesamt gesehen wichtige Antworten in Bezug auf die verstärkte Erhitzung, die verstärkte Ionisation, die Ströme, Schocks und weitere Veränderungen des Plasmas, die im Bereich der Astrophysik von großem Interesse sind. Das Team verglich seine Daten außerdem mit zwei vollständig unabhängigen Computersimulationen zu den Ereignissen während einer Eruption und stellte fest, dass die Resultate sehr ähnlich waren. „Wir fanden auch heraus, auf welche Weise bei Beobachtungen eine Eruption am besten ,eingefangen’ werden kann“, schwärmt Prof. Fletcher. „Dies wird für die Flare-Beobachtung mit Sonnenteleskopen der nächsten Generation von entscheidender Bedeutung sein, da der Bezug von Beobachtungszeiten an diesen Teleskopen sehr umworben ist.“ Dank F-CHROMA kann die Wissenschaftsgemeinde jetzt auf formatierte, bodenbasierte Flare-Daten zurückgreifen, die für eigene Forschungsprojekte genutzt werden können und mit der Vorbereitung für die nächste Generation an Observatorien beginnen, die ab 2019 eingeführt werden sollen. Es kann ebenfalls auf eine Suite mit fortschrittlichen Modellen zur Reaktion der Flare-Chromosphäre auf unterschiedliche Arten von Energie-Inputs zugegriffen werden und es können Tools für die Simulation der Strahlungsleistung zum Datenabgleich genutzt werden: „Diese Modelle, die als hydrodynamische Strahlungsmodelle bezeichnet werden, nehmen sehr viel Zeit, Fachkenntnis und Rechenleistung in Anspruch, daher haben wir anstelle einzelnen Wissenschaftlern beizubringen, wie der Code ausgeführt und ,gepflegt’ werden kann, dies den Wissenschaftlern abgenommen, damit diese sich voll und ganz auf die physikalischen Interpretationen konzentrieren können“, erklärt Prof. Fletcher. Aufgrund der Daten, Simulationen und Analyse-Tools, die der Community bereitgestellt werden, hofft das Team, dass Sonnenforscher abseits des F-CHROMA-Projekts und direkte Kooperationspartner dazu ermutigt werden, sich an Sonneneruptionsuntersuchungen zu beteiligen.
Schlüsselbegriffe
F-CHROMA, Chromosphäre, Sonnenstrahlung, Sonnenatmosphäre, Sonneneruption, Ionisation, Teleskop, Weltraumwetter