Thema des Tages

Der etwas andere Niederschlag


Regen auf der Sonne? - Was paradox klingt, lässt sich tatsächlich in 
der Atmosphäre der Sonne beobachten. Was sich hinter dem sogenannten 
"koronalen Regen" verbirgt, klären wir im heutigen Thema des Tages.


Unter dem Begriff "Weltraumwetter" werden Prozesse zusammengefasst, 
die sich im erdnahen Bereich der Magnetosphäre (bis 50.000 km Abstand
zur Erde) abspielen und einen Einfluss auf die menschlichen 
Aktivitäten haben. Ähnlich wie beim irdischen Wetter nehmen auch hier
im Wesentlichen Vorgänge auf der Sonnenoberfläche einen zentralen 
Einfluss auf das Geschehen. Insbesondere die Aktivitäten des 
Sonnenwindes bestimmen das Weltraumwetter. Darunter fallen 
beispielsweise auch die Polarlichter. Doch auch auf der Sonne selbst 
gibt es "Wetter".

Auf der Erde gelangt Wasserdampf durch Verdunstung oder Sublimation 
in die Atmosphäre. Dort steigt der Wasserdampf auf und kondensiert 
mit Hilfe von Kondensationskeimen wie Staub-, Ruß- oder Salzpartikel 
zu Wolken. Damit die flüssigen oder festen Teilchen als Niederschlag 
zum Erdboden fallen, müssen sie eine bestimmte Größe erreicht haben.

Der koronale Regen auf der Sonne ähnelt auf bemerkenswerte Art dem 
Regen auf der Erde. Die äußerste und heißeste Schicht der 
Plasma-Atmosphäre der Sonne wird Korona genannt. Das Plasma ist ein 
elektrisch geladenes Gas und besteht aus Protonen, Elektronen und 
Ionen. Das Plasma folgt aufgrund seiner Ladung dabei den starken 
magnetischen Bögen, die aus der Sonnenoberfläche um die Sonnenflecken
und -eruptionen auftauchen. Zunächst ging man davon aus, dass die 
Plasmaausbrüche nur an den größten Magnetschleifen, den sogenannten 
"Helmströmen", auftreten. Diese ragen bis zu eine Million Kilometer 
ins All und sind beispielsweise bei Sonnenfinsternissen auch von der 
Erde aus sichtbar. Neuere wissenschaftlichere Untersuchungen der NASA
deuten jedoch darauf hin, dass überwiegend an kleineren Schleifen von
nur 50.000 Kilometern häufiger Plasmaregen zu finden ist.  

Egal ob nun groß oder klein - an den Fußpunkten der Magnetbögen, wo 
sie mit der Sonnenoberfläche verbunden sind, wird das Plasma von etwa
5000 Grad auf über eine Million Grad Kelvin aufgeheizt. Die äußere 
Sonnenatmosphäre wird somit etwa 300 Mal heißer als ihre Oberfläche. 
Das extrem heiße Plasma breitet sich dann über die großen Magnetbögen
aus und kühlt sich unter den richtigen Bedingungen an deren Spitze 
rapide auf 10.000 Kelvin ab und kondensiert zu Wolken. Dabei 
verdichten sich die Teilchen stark und mit der Gravitation zieht es 
den koronalen Regen wieder hinab zu den Fußpunkten des Magnetbogens. 
Die verdichteten Plasmatropfen stürzen dabei mit einer 
Geschwindigkeit von etwa 200.000 km/h der Sonnenoberfläche entgegen 
und können etwa die flächenhaften Ausmaße eines kleineren Staates - 
vergleichsweise die Größe von Irland - erreichen. Auf der Erde 
hingegen ist ein typischer Regentropfen im Vergleich im Mittel 1-2 
Millimeter groß und fällt im Schnitt mit 20 km/h der Erde entgegen. 
Große Tropfen in Schauern oder Gewittern können immerhin 30-40 km/h 
erreichen. Die koronalen Regenschauer in der Sonnenatmosphäre dauern 
laut Beobachtungen etwa 10 bis 30 Stunden. Dabei wirken sie auf 
Aufnahmen im ultravioletten Bereich wie ein surrealer, 
dreidimensionaler und quellenloser Wasserfall (siehe Abbildung unter:
https://t1p.de/i3my). Wer sich ein solches Spektakel einmal in 
bewegten Bildern anschauen möchte, findet bei der NASA ein 
Zeitraffervideo eines koronalen Regenereignisses vom Juli 2012: 
https://apod.nasa.gov/apod/ap180527.html Jede Sekunde des Videos 
dauert dabei in Echtzeit etwa 6 Minuten.

Wissenschaftler vermuten, dass ein Kreislauf zwischen 
Sonneneruptionen und koronalem Regen eine wichtige Rolle im 
Materie-Zyklus der Sonnenatmosphäre spielen könnte. Warum sich die 
Korona so stark aufheizt, ist noch nicht genau geklärt. Allerdings 
zeigen die Magnetschleifen mit koronalem Regen an, dass an deren 
Basis eine koronare Aufheizung stattfindet. Der koronale Regen 
gleicht dabei die entstehenden großen Temperaturschwankungen in der 
Korona wie eine Art Thermostat aus. Dieser hätte somit für das solare
Klima eine ähnlich hohe Bedeutung wie Regen für unser Erdklima.


M.Sc.-Met. Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale 
Offenbach, den 27.04.2021

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