Physik der Sonne und Heliosphäre
Die Sonne ist der uns am nächsten gelegene Stern und die Quelle allen Lebens auf der Erde. Auch innerhalb der Astrophysik ist die Sonne ein besonderer Stern, denn sie ist der einzige Stern, der nahe genug ist, sodass wir Oberflächendetails räumlich auflösen und somit die Dynamik ihrer Oberfläche studieren können. Von der Sonne strömen kontinuierlich geladene Teilchen in den Raum und bilden den sogenannten "Sonnenwind". Der Sonnenwind bestimmt die Struktur unserer Heliosphäre und des interplanetaren Raums, der unsere Sonne umgibt und sich bis zu den äußeren Planeten erstreckt. Bisweilen wird der kontinuierlich abströmende Sonnenwind durch riesige Auswürfe von magnetisierter Sonnenmaterie unterbrochen, den sogenannten "koronalen Massenauswürfen". Koronale Massenauswürfe und mit ihnen assoziierte hochenergetische Strahlungsausbrüche von der Sonne ("Flares") sind die energiereichsten Ereignisse in unserem Sonnensystem und können starke Störungen des Weltraumwetters in Erdnähe hervorrufen. Der physikalische Auslöser all dieser energetischen Phänomene liegt im Magnetfeld der Sonne, insbesondere im starken Feld in Sonnenflecken.
Forschungsthemen
Die Arbeitsgruppe Physik der Sonne und der Heliosphäre an der Universität Graz forscht u.a. zu folgenden Themen:
Flares und koronale Massenauswürfe (CMEs) sind die energiereichsten Ereignisse in unserem Sonnensystem. CMEs sind magnetisierte Plasmawolken, die mit Geschwindigkeiten von Hunderten bis Tausenden von Kilometern pro Sekunde aus der Sonne geschleudert werden und die koronale Magnetstruktur und den stetigen Fluss des Sonnenwindes stören. Flares sind plötzliche örtlich begrenzte Verstärkungen der Sonnenstrahlung, die durch impulsartig erhitztes Plasma und beschleunigte Teilchen verursacht werden. Die Häufigkeit des Auftretens von Flares und CMEs variiert mit dem 11-jährigen Aktivitätszyklus unserer Sonne. Wir untersuchen die Energiefreisetzungsprozesse in Sonneneruptionen und CMEs, die zugrunde liegenden magnetischen Instabilitäten, die Beschleunigung hochenergetischer Teilchen und ihre Wechselwirkung mit der Sonnenatmosphäre. Wir verwenden Daten von verschiedenen ESA- und NASA-Satelliten wie Solar Orbiter, Parker Solar Probe, Solar Dynamics Observatory, STEREO sowie unsere eigenen Beobachtungen vom Observatorium Kanzelhöhe für Sonnen- und Umweltforschung.
Koronale Massenauswürfe (CMEs) sind riesige Wolken aus magnetisiertem Plasma, die von der äußersten Schicht der Sonne mit Geschwindigkeiten von einigen hundert bis zu 3000 Kilometern pro Sekunde ausgestoßen werden. Die schnellsten CMEs können die Erde in weniger als einem Tag erreichen, nachdem sie von der Sonne ausgestoßen wurden, und können schwere geomagnetische Stürme verursachen, wenn sie auf die Magnetosphäre der Erde treffen. Wir arbeiten an einem besseren Verständnis der Ausdehnung und Ausbreitung von CMEs durch den Raum zwischen den Planeten in der inneren Heliosphäre, um eine bessere Vorhersage der Ankunft von CMEs und ihrer Auswirkungen auf die Erdatmosphäre zu erreichen. Dieses Wissen ist von entscheidender Bedeutung, da starke CMEs die Hauptursache für schwere Störungen des Weltraumwetters auf der Erde sind und damit unsere moderne technologische Infrastruktur, insbesondere Satelliten in der Erdumlaufbahn und Stromnetze am Boden, gefährden.