Mit dem Daniel-K.-Inouye-Sonnenteleskop auf Hawaii ist es einem internationalen Forschungsteam gelungen, die Sonnenoberfläche in bislang unerreichter Detailgenauigkeit abzubilden. Die Aufnahmen zeigen komplexe, band- und wirbelförmige Strukturen in der Photosphäre und eröffnen neue Einblicke in die Wechselwirkung von Plasma, Strömungen und Magnetfeldern.

Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Nature“ veröffentlicht. Im Mittelpunkt der Untersuchung stand eine magnetisch aktive Region in der Nähe eines Sonnenflecks. Dort zeichnete das Teleskop feinste Strukturen auf, die auf älteren Bildern entweder unsichtbar blieben oder nur schemenhaft zu erkennen waren.

Die Photosphäre ist jene vergleichsweise dünne Schicht der Sonnenatmosphäre, aus der der größte Teil des sichtbaren Lichts ins All entweicht. Obwohl sie häufig als Oberfläche der Sonne bezeichnet wird, besteht sie nicht aus festem Material, sondern aus heißem Plasma. Dieses ist ständig in Bewegung und wird stark von den Magnetfeldern der Sonne beeinflusst.

Auf den neuen Bildern dominieren längliche Bänder und wirbelartige Muster. Nach Einschätzung des Forschungsteams könnten diese Strukturen durch sogenannte Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten entstehen. Dieses Phänomen ist aus der Strömungsphysik bekannt: Bewegen sich zwei Flüssigkeits- oder Gasschichten mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aneinander vorbei, können sich an ihrer Grenzfläche charakteristische Wellen und Wirbel bilden.

Ein vergleichbarer Effekt lässt sich etwa beobachten, wenn starker Wind über eine Wasseroberfläche zieht und dabei Wellen erzeugt. Auf der Sonne treten solche Prozesse allerdings unter extremen Bedingungen auf – in einem Umfeld aus hoch erhitztem Plasma und starken Magnetfeldern.

Den Forschenden zufolge handelt es sich um den ersten bekannten direkten Nachweis solcher Instabilitäten in der Photosphäre. Das ist vor allem deshalb von Bedeutung, weil diese Prozesse Aufschluss darüber geben könnten, wie Energie und Bewegung innerhalb der Sonnenatmosphäre weitergegeben werden.

Die Beobachtungen könnten damit auch helfen, die Entstehung größerer solarer Ereignisse besser zu verstehen. Dazu gehören Sonnenstürme und starke Plasmaausbrüche, die das Magnetfeld der Erde beeinflussen und unter anderem Satelliten, Funkverbindungen und Stromnetze beeinträchtigen können.

Die neuen Aufnahmen liefern somit nicht nur spektakuläre Bilder. Sie zeigen zugleich, wie dynamisch und vielschichtig die sichtbare Sonnenoberfläche tatsächlich ist – und wie viele physikalische Prozesse dort noch nicht vollständig verstanden sind