Koronale Löcher und die Vorhersage des Sonnenwindes

Die Erkenntnis, dass sich der äußerste Teil der Sonnenatmosphäre, die Sonnenkorona, bis weit hinaus in den interplanetaren Raum in Form des sogenannten Sonnenwindes erstreckt, kann als Meilenstein in der Geschichte der modernen Astronomie angesehen werden. Der Sonnenwind ist ein kontinuierlicher Strom geladener Teilchen, der ausgehend von der Sonne durch das gesamte Sonnensystem treibt und dabei auch auf die Erde trifft. Die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem Magnetfeld der Erde führt regelmäßig zu erhöhter geomagnetischer Aktivität wodurch technische Anlagen im erdnahen Orbit beschädigt werden können. Die erfolgreiche Vorhersage des Sonnenwindes ist deshalb ein wesentlicher Aspekt im Kontext des Weltraumwetters. In diesem Forschungsprojekt verwenden wir Beobachtungsdaten aktueller Weltraummissionen um neue Erkenntnisse über die Quellen des schnellen Sonnenwindes, sogenannte koronale Löcher, zu erhalten. Insbesondere untersuchen wir die physikalischen Eigenschaften koronaler Löcher und setzen diese mit Messdaten des Sonnenwindes im erdnahen Weltraum in Beziehung. Diese Ergebnisse werden verwendet um systematisch neue Ansätze zur Sonnenwindvorhersage zu evaluieren und mit bereits existierenden Vorhersagemodellen zu vergleichen. Hieraus erwarten wir uns neue Erkenntnisse zum strukturellen Aufbau von koronalen Löchern sowie Fortschritte im Bereich der Sonnenwindvorhersage. Dieses Forschungsvorhaben wird von Dr. Martin A. Reiss am NASA Goddard Space Flight Center (USA), sowie am Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt.

Sonnenstürme erzeugen nicht nur beeindruckende Polarlichter, sondern haben auch das Potenzial, unsere Stromnetze erheblich zu beeinträchtigen und moderne Satellitensysteme zu stören. Zudem bergen Sonnenstürme auch Gefahren für die bemannte Raumfahrt. Je mehr sich unsere moderne Gesellschaft daher auf Weltraumtechnologien verlässt, desto wichtiger ist das Verständnis des sogenannten Weltraumwetters. Eine wesentliche Rolle spielt hierbei der Sonnenwind. Der Sonnenwind ist ein kontinuierlicher Strom geladener Teilchen, der ausgehend von der Sonne durch unser Sonnensystem treibt und auf das Magnetfeld der Erde trifft. Die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem Erdmagnetfeld führt regelmäßig zu erhöhter geomagnetischer Aktivität wodurch Technologien im Weltraum als auch auf der Erde beschädigt werden können. Ziel dieses Erwin-Schrödinger-Stipendiums war es unser Verständnis über die Quellen des Sonnenwindes und dessen Ausbreitung in unserem Sonnensystem zu vertiefen. Basierend auf Magnetfeldmessungen in der Photosphäre haben wir eine Reihe von mathematischen Modellen implementiert, um das globale Magnetfeld der Sonne zu rekonstruieren und damit die dynamische Ausbreitung des Sonnenwindes von der Oberfläche der Sonne bis hin zur Erde nahtlos zu simulieren. Der Vergleich unserer Ergebnisse mit aktuellen Weltraummissionen hat gezeigt, dass diese Modelle einen realistischen Einblick in die Bedingungen im Sonnenwind geben. In der Folge wurden innovative Ideen entwickelt, um den Übergang zwischen Modellen der Korona und Modellen für die Ausbreitung des Sonnenwindes zu optimieren. Diese Ergebnisse sind höchst relevant, nicht nur für eine Vielzahl an Forschungsthemen die im Zusammenhang mit der Ausbreitung des Sonnenwinds stehen, sondern auch für Vorhersagezentren von NOAA (USA) und Met Office (UK). Während der Rückkehrphase haben wir die entwickelten Modelle und erworbene Expertise verwendet, um den Einfluss des Sonnenwindes auf die Ausbreitung von Koronalen Massenauswürfen (CMEs) zu analysieren. Diese Studie wurde in enger Zusammenarbeit mit einer heimischen Forschungsgruppe durchgeführt. Neben unseren Forschungstätigkeiten haben wir zudem zwei internationale Arbeitsgruppen ins Leben gerufen welche sich Herausforderungen in der Modellierung und Vorhersage unseres Weltraumwetters widmen. Im Rahmen dieser international koordinierten Zusammenarbeit möchten wir Innovationen in diesen Forschungsgebieten weiter fördern.