Solar Orbiter verfolgt einen magnetischen Switchback im Sonnenwind bis zu seiner Quelle auf der Sonne zurück

Die Europäische Weltraumorganisation ESA gibt an, dass ihre Raumsonde Solar Orbiter einen magnetischen Switchback – eine S-förmige Falte im vom Sonnenwind mitgeführten Magnetfeld – bis zu seinem Ursprung auf der Sonne zurückverfolgt hat. Das Ergebnis stammt aus einer Arbeit unter der Leitung von Jesse Coburn vom CNRS/LPP in Frankreich mit dem Titel „On the Coronal Origin of Magnetic Switchbacks in the Solar Wind“ (Über den koronalen Ursprung magnetischer Switchbacks im Sonnenwind), die nun in Nature Astronomy erschienen ist. Nach Angaben der ESA identifizierte das Team die Quelle, indem es die Teilchen analysierte, die die Sonde im Inneren der Struktur vorfand.

Der Sonnenwind ist ein ständiger Strom aus heißem, elektrisch geladenem Gas, also Plasma, der das Magnetfeld der Sonne hinaus ins Sonnensystem zieht. Unterwegs können sich die Feldlinien verdrehen, aufbrechen oder auf sich selbst zurückbiegen. Switchbacks sind eine solche Erscheinung: Sie wurden häufig in Sonnennähe nachgewiesen, doch wie sie entstehen, ist noch umstritten. Die ESA erinnert daran, dass Solar Orbiter 2022 einen davon aus der Ferne beobachtete und die S-Form bestätigte, die Forschende vorhergesagt, aber nie direkt gesehen hatten.

Diesmal flog die Sonde direkt durch einen Switchback hindurch. „Solar Orbiter flog durch einen sehr großen Switchback“, sagt Coburn und erklärt, dass das Team dadurch selten beobachtete Teilchen messen konnte, die Hinweise auf ihren Ursprung tragen. In Messungen des Solar Wind Analyser (SWA), aufgenommen, als sich Solar Orbiter etwa auf halbem Weg zwischen Erde und Sonne befand, fanden die Forschenden eine Kombination aus geladenen Sauerstoff- und Kohlenstoffteilchen. Wie die ESA angibt, kann diese Mischung nur in heißen Magnetschleifen an der Sonnenoberfläche entstanden sein.

Coburn beschreibt zwei führende Erklärungen dafür, wie Switchbacks – und mit ihnen der Sonnenwind – zustande kommen. Die Teilchenmischung stützt die erste, die Austausch-Rekonnexion (interchange reconnection): Offene Feldlinien, entlang derer Material ins All entweichen kann, treffen auf geschlossene Schleifen, die sich zur Sonne zurückwölben, und die Linien brechen auf und verbinden sich neu, sodass zuvor in einer Schleife gefangenes Plasma entweicht. Die konkurrierende Erklärung setzt auf Wellen und Turbulenz. Mitautorin Stephanie Yardley von der Northumbria University im Vereinigten Königreich sagt, das Team sehe auch dafür Anzeichen, allerdings wahrscheinlich erst, nachdem sich der Switchback von der Sonne entfernt hat. Ihrer Ansicht nach sind beide Prozesse beteiligt, und „sie wirken einfach in unterschiedlichen Phasen der Lebensdauer eines Switchbacks“.

Neben den In-situ-Teilchendaten untersuchte das Team Bilder der Sonnenscheibe und modellierte die Magnetfelder der Sonne und des umgebenden Weltraums. Die ESA gibt an, dass die Forschenden ein neues Modell entwickelten, um die Herkunft des Plasmas zu bestimmen, und die Messungen von Solar Orbiter mit Daten des Solar Dynamics Observatory der NASA verknüpften, um die Quellregion zu lokalisieren. Nach Angaben der ESA zeigt die Arbeit zudem, dass die Sonnenatmosphäre ihre Signatur in den Teilchen des Sonnenwinds hinterlässt, was es Wissenschaftlern ermöglichen könnte, die Geschichte von fern der Sonne gemessenem Plasma zu rekonstruieren.