Sonnefleck

Photosphär vun eiser Sonn

E Sonnefleck ass eng donkel Plaz op der siichtbarer Uewerfläch vun der Sonn (Photosphär). Déi Plaz ass méi kal a straalt dofir manner siichtbaart Liicht aus wéi de Rescht vun der Uewerfläch. E Sonnefleck trëtt meeschtens net eleng op. Hir Zuel a Gréisst ass déi einfach Mooss fir d'Sonnenaktivitéit. Aner Daten erlaben d'Fuerschung vun der solarer Astrophysik.

Eegenschaften

Déi normal Uewerflächentemperatur vun der Sonn ass knapps 6000 °C („effektiv Temperatur“ 5770 Kelvin, Stralungstemperatur 6050 K). De Kärberäich vun engem Sonnefleck, déi sougenannt Umbra („Kärschiet“), huet nëmme ronn 4000 °C, de Randberäich, oder och Haff, vun der Penumbra („Hallefschiet“) 5000 bis 5500 °C. Bei deenen Temperaturen ass d'Matière ëmmer nach wäissgliddeg, trotzdeem gesäit een d'Flecken donkel, wéinst dem Temperaturkontrast zu senger Ëmgéigend. D'Ursaach fir d'Ofkille si staark Magnéitfelder, déi d'Konvektioun behënneren.

D'Sonneflecke weisen am visuelle Liicht déi aktiivst Regiounen op der Sonn. Bei enger héijer Zuel vu Sonneflecke besteet eng grouss Chance, datt sech zwou nopesch, awer géigeleefeg gepolte Magnéitfeldlinnen nei verbannen, (Rekonnexioun), an déi Energie déi fräi gëtt, an de Weltraum geschleidert gëtt. Eng visuell Variant sinn d'Flares. Wann et zu engem Stralenausbroch a Richtung Äerd kënnt, da kann dat grouss Stéierungen am Äerdmagnéitfeld bréngen a souguer de Betrib vu Satellitten oder elektreschen Anlagen op der Äerd stéieren. An der Natur kënnen Dauwen d'Orientéierung verléieren. Eng Niewenerschäinung si Polarliichter bis an déi geméissegt Zonen.

A Jore mat enger klenger Fleckenzuel verklengert sech och d'Sonnestralung ëm ronn 0,1 %. D'Joren tëscht 1645 an 1715, dat sougenannte Maunderminimum, wéi keng Sonneflecke gesi goufen, fale mat der Klenger Äiszäit zesummen, an där et laang Wanteren a kill Summeren op der Äerd goufen.

Mat der Schwankung vun der Sonnenaktivitéit verännert sech och d'Ionosphär vun der Äerd. Dat huet Auswierkungen op d'Funkverbindungen am Kuerzwelleberäich. (Kuckt och: Amateurfunk)

Sonneflecken triede meeschtens a Gruppen op, fänken awer als Eenzelflecken un. Duerch d'Sonneflecke kann een d'Rotatioun vun der Sonn feststellen, well se sech op der Uewerfläch matbeweegen. Um Equator rotéiert d'Sonn mat 25,03 Deeg (synodesch 27,9 Deeg) ongeféier 20 % méi séier wéi an der Géigend vun de Polen.

• 
  Sonnefleck vum 13. Dez. 2006, Duerchmiesser ronn 20'000 km. Fotograféiert vum Hinode am visuelle Liicht.
• 
  Magnéitfeld an der Ëmgéigend vun engem Sonnefleck.
• 
  Flares (Foto: Hinode).
• 
  Simulatioun vu Magnéitfeldlinnen op der Sonn.

Wéi entsti Sonneflecken?

Sonneflecken entstinn duerch lokal Stéierungen am gewaltege solare Magnéitfeld. Am Ufank klamme Bëndel vu Magnéitfeldlinnen aus dem Kär vun der Sonn aus der Photosphär bis an d'Korona a behënneren d'Beweegung vun de Konvektiounszellen (kuckt Granulatioun), déi d'Hëtzt vum Sonnekär un d'Uerwerfläch wierbelen. Fir d'éischt entstinn op dëse Plazen eng Fakel an da westlech e klenge Fleck, Par genannt, vun e puer dausend Kilometer Gréisst. Bannen e puer Stonnen, an deenen déi magnéitesch Flossdicht vun 0,1 Tesla weider klëmmt, entstinn och op der ëstlecher Säit vun der Fakel kleng Flecken. Eenzelflecke verschmëlzen an dee westlechen – virauslafende – Fleck formt eng Penumbra. Aus dem ëstleche Fleck kann och bannen e puer Deeg eng Penumbra entstoen. Tëscht dëse Flecken entstinn ëmmer méi Flecken, déi awer no enger gewësser Zäit all bis op de westleche Fleck verschwannen. Dee Fleck, dee bleift, kann e puer Méint a sou och e puer Sonnerotatiounen iwwerstoen. Wann d'Grupp hir héijst Aktivitéit mat magnetesche Flossdichte bis 0,4 Tesla erreecht, ka sech eng eenzeg grouss Penumbra ëm d'Fleckegrupp formen.

Net ëmmer kënnt et zu grousse Fleckegruppen. Heiansdo formt sech nëmmen een eenzele Fleck, deen no e puer Deeg nees verschwënnt, oder et formt sech eng bipolar Grupp aus zwéi Flecken.

Dee virauslafende Fleck gëtt och "p-Fleck" (fir preceding, engl.: virausgoen) genannt, deen hannendrun "f-Fleck" (fir following, engl.: nokommend).

Nëmme ronn 50 % vun de Flecke gi méi al wéi zwéin Deeg an nëmmen 10 % méi al wéi 11 Deeg.

Fleckegruppe sinn ëmmer parallel zum Sonnenequator ausgeriicht.

Kuckt och: Evershed-Effekt

Zyklen

Breeteneffekt an 22-järegen Zyklus

Dat iewescht Päiperléksdiagramm weist déi raimlech Verdeelung an Ausdeenung vun de Sonneflecken, déi ënnescht Graphik d'Zuel vun de Flecken iwwer d'Zäit

D'Heefegkeet vun de Sonneflecke variéiert an engem Zyklus vu ronn 11 Joer. Am Minimum sinn dacks méintlaang keng Flecken ze gesinn, am Sonnefleckemaximum awer Honnerten. Wärend dësem Zyklus veränneren d'Fleckegebidder hir heliographesch Breet an déi magnéitesch Polaritéit, soudatt si tatsächlech engem Zyklus vun 22 Joer follegen (Hale-Zyklus nom Astronom George Ellery Hale).

Am Ufank vun engem Sonnefleckenzyklus forme sech déi éischt Flecken op ongeféier 30°–40° heliographescher Breet nërdlech a südlech vum Sonnenequator. Am Laf vun den nächste Jore verréckele sech d'Gebuertsgebidder ëmmer méi a Richtung Equator. No der Hallschent vum Zyklus ass d'Sonnenaktivitéit am héchsten an d'Sonneflecken entstinn op ongeféier 15° Breet. D'Zuel a flächeméisseg Ausdeenung ass elo am gréissten. Um Enn vum Zyklus forme sech vereenzelt Flecken op enger Breet vun ±5° an den Zyklus ass fäerdeg. Gläichzäiteg forme sech awer an de méi héije Breeten déi éischt Flecke vum nächsten Zyklus.

Dréit een d'Verdeelung op de Breedegraden an d'Ausdeenung vun de Flecken an een Diagramm iwwer d'Zäit an (Spörer Gesetz), sou entsteet dat sougenannte Päiperléksdiagramm – dat engem Päiperlék mat oppene Flilléke gläicht.

Wéi schonn uewen ernimmt, hunn déi béid Flecke vun enger bipolarer Grupp eng ënnerschiddlech magnéitesch Ausriichtung, geneesou wéi déi virauslafend Flecken op der Nordhallefkugel eng entgéintgesate magnéitesch Ausriichtung zu deene vun der Südhallefkugel hunn. Wärend engem Sonnefleckenzyklus ännert sech awer d'Polaritéit vun de virauslafende Flecken net. Dës wiesselen eréischt mat dem nächste Sonnefleckenzyklus, soudatt ee vollstännege Zyklus 22 Joer dauert (Hale-Zyklus).

Sonnefakel

Sonnefakelen, och Facula (lat facula = kleng Fakel) genannt, sinn Objete mat héijer Hellegkeet an Temperatur op der Sonn. Si sinn typescherweis an der Géigend vu Sonneflecken a breede sech flächeg an a laange Liichtlinnen aus. Naturgeméiss kann ee si besonnesch gutt un de Randzone vun der Sonnescheif observéieren. D'Liewesdauer läit an der Moyenne bei ronn 15 Deeg; si ass domat méi laang wéi déi vun de Flecken.

Entdeckungsgeschicht

Verännerung vun der Sonnefleckenheefegkeet zanter 1610.

Verschidde Sonneflecke si sou grouss, datt ee si mat bloussem A (OPGEPASST: Gefor vun Netzhautverbrennung an Erblannung!) z. B. bei Sonnenënnergang ka gesinn. Déi eelst opgezeechent Observatioun vu Sonneflecke staamt aus China aus dem Joer 28 v. Chr.; Observatioune vum Anaxagoras (ëm 467 v. Chr.) an dem Theophrast (4. Joerhonnert v. Chr.) kann een net eendeiteg zouschreiwen.

Eng Observatioun vum John of Worcester aus dem Joer 1128 ass onbeuecht bliwwen, well sech dat deemolegt Weltbild nëmmen eng 'makellos' Sonn virstelle konnt. Eventuell Flecken hunn dofir Objeten tëscht Äerd a Sonn misste sinn, wéi z. B. onentdeckt Planéiten, Mounden oder Wolleken.

A verschiddenen Epoche gouf et awer och Virstellungen, wou d'Astronomen an de Sonneflecken donkel Lächer, Schlaken, déi schwammen oder awer kill Plaze gesinn hunn.

Nodeem den Teleskop erfonnt gouf, huet déi systematesch Observatioun vun de Sonneflecken ugefaangen. Déi eelst privat Opzeechnung aus dëser Zäit staamt vum 8. Dezember 1610 vum Thomas Harriot; am Mäerz 1611 publizéiert de Johannes Fabricius een Artikel iwwer d'Sonneflecken.

Laangzäitobservatioune goufen onofhängeg dovu vum Galileo Galilei an dem Christoph Scheiner duerchgefouert. De Galilei huet am Joer 1613 a senger lettere solari iwwer seng Observatiounen, déi bis an d'Joer 1610 zeréckgi geschriwwen. De Christoph Scheiner huet gemengt, datt d'Flecke vun engem laanschzéiende Planéit (Vulcanus) verursaacht ginn. De Galilei dogéint huet schonn fréizäiteg déi haiteg Meenung vertrueden, datt d'Flecke Strukture vun der Sonnenuewerfläch sinn. Dëst huet him, nieft sengem Antriede fir dat heliozentrescht Weltbild, eng éischt Inquisitiounsprozedur am Joer 1615 abruecht.

D'Observatioun vu Sonneflecke gouf duerno wéinst dem Maunderminimum (1645–1715) nees sporadesch: wärend dëse 70 Joer hat d'Sonn eng Phas vu klenger Sonnefleckenaktivitéit. Zu där Zäit goufen och déi hell Gebidder vun de Sonnefakelen entdeckt.

De Samuel Heinrich Schwabe huet aus de Laangzäitobservatiounen an der éischter Hallschent vum 19. Joerhonnert den Zyklus vun 10–12 Joer (kuckt uewen) berechent. Dat ass och d'Meenung an de Léierbicher.

Awer an dem Göschen-Bändchen Astrophysik vum W. F. Wislicenus 1899 (1. Oplo) an 1909 (3. Oplo vum Hans Ludendorff iwwerschafft) steet dat hei: „1775 huet den Horrebow d'Meenung ausgeschwat, datt d'Flecken a Bezug op d'Heefegkeet eng gewësse Periodizitéit weisen. Dës Meenung gouf am 19. Joerhonnert duerch Ënnersichunge vum Schwabe akzeptéiert.“

Den Christian Horrobow war Direkter um Observatoire vu Kopenhagen an och Observator vu Sonneflecken.

Déi kierzt observéiert Period huet 9 Joer, déi längst 14 Joer gedauert.

Duerch Stereo-Satellit-Fotoe vun der NASA erhofft sech d'Fuerschung nei Erfarungen iwwer d'Sonnenanomalien. Déi 3-D-Informatioune sollen hëllefen, d'Physik vun der Sonn nach besser ze verstoen.

Waldmeier – Klassifizéierung

Eng grouss Sonnefleckegrupp am Joer 2004 mat däitlechem Hallefschiet; déi käreg Struktur ass d'Granulatioun vun der Sonnenuewerfläch.

Et gëtt verschidden Typpen a Gréisste vu Sonneflecken, déi jee no hirer „Liewensdauer“ engem Schema (A bis I) follegen, – vum klengen Eenzelfleck bis zu risege Schietgebidder an hir uschléissend Réckentwécklung.

Stadie vun der Entwécklung

Déi lokal Verstäerkung vum Magnéitfeld behënnert – wéi uewe geschriwwen – de Wiermttransport vun e puer Konvektiounszellen. Déi méi donkel Kärung vun dëse Granulen (ongeféier 1000 °C kill) entwéckelt sech zu engem Eenzelfleck (Typ A). Verschidden dovu verschwannen no e puer Deeg, aner entwéckele sech zu enger bipolarer Zweeërrgrupp (B). Aus hinne kënne sech gréisser Gruppen (Typ C bis D) mat Penumbra entwéckelen, déi vereenzelt d'Stadium E/F mat bis iwwer honnert Flecken erreechen. D'Réckentwécklung vun dëse bis 200.000 km grousse Fleckegruppen zu klengen Duebel- an Eenzelflecken (H, I) erfollegt e puer Wochen oder Méint.

No dëser Klassifikatioun vum Max Waldmeier (ëm 1940) ginn also net all kleng Flecke vum Typ A/B zu gréissere Fleckegruppen vum Typs C an héijer, mä allenfalls zu klenge Pore mat Penumbra (Stadium H oder I). Nëmme wa se sech zu de gréissten Typpen D, E respektiv F entwéckelen, kënne se bei der Réckentwécklung donkel Duebelflecke mat Hallefschiet ginn. Sou Zweeërgruppe sinn ëmmer magnéitesch ënnerschiddlech gepoolt, an op der anerer Hemisphär genee ëmgekéiert. Dat ass en Hiwäis op grouss, lues Stréimungen am Sonnekär, déi och den 11-Joer-Rhythmus ausmaachen.

Grupp Typ E

Eng Sonnefleckegrupp vum Typ E ass déi zweetgréisst Entwécklungsstuf vu bipolare Fleckegruppen. Si kann nëmme bei héijer Sonnenaktivitéit – d. h. bei ville Sonneflecken – e puermol am Mount optrieden.

Den Typ E huet vill Eenzelflecken (20–100) a wéi den Typ D, F an G däitlech Hallefschieter. Do huet d'Temperatur vum Sonnegas (duerchschnëttlech knapps 6000 °C) nëmmen eppes iwwer 5000 °C, géintiwwer 4000 °C an den donkelsten Deeler vun der Umbra. Eng typesch E-Grupp huet Ausmoosse vun 10 Äerdduerchmiesser; eis Äerd selwer géif a verschiddenen Eenzelflecke komplett verschwannen.

Grupp Typ F

Ee Sonnefleckegrupp vum Typ F ass déi flächeméisseg gréisst, awer net heefeg Entwécklungsstuf vu bipolare Fleckegruppen. Ee Beispill ass op der Foto uewen ze gesinn.

No der Klassifikatioun vum Max Waldmeier entwéckele sech net all kleng Sonnefleckegruppe vum Typ A oder B zu gréissere Fleckegruppen vum Typs C bis E weider. Bei grouss genucher Sonnenaktivitéit – d. h. bei ville Magnéitstéierungen a Sonneflecken – entsteet den Typ F awer méi heefeg aus dem Typ E a setzt dëse viraus.

Den Typ F huet déi gréisst Zuel vun Eenzelflecken (bis ongeféier 200) an déi maximal Fläch vu sougenanntem Hallefschiet, der Penumbra. Do ass déi normal Temperatur vum Sonnegas nëmmen ëm ronn 500 bis 1000 °C méi kleng, géintiwwer 2000 °C (also 4000 Kelvin) an den donkelsten Deeler vun der Umbra.

No ronn 2–10 Woche geet d'Grupp iwwer den Typ G oder H bis zum Verschwannen op en Eenzelfleck (Typ I) zuréck.

Bestëmme vun de Sonnefleckenzuelen

Sonneflecken-Relativzuel

D'Sonnefleckenheefegkeet gëtt duerch déi sougenannt Relativzuel (och Wolf'sche Relativzuel genannt, definéiert vum Rudolf Wolf) erfaasst. Et zielt een d'Eenzelflecken (Zuel f) an addéiert dozou dat Zéngtfach vun der Gruppenzuell (g), woubäi och Eenzelflecken (Typ A an I) als „Grupp“ gëllen. Dës einfach Moosszuel vun der Sonnenaktivitéit

$R=f+10\cdot g$

bewäert sech zanter iwwer 100 Joer geneesou gutt wéi déi opwendeg Flächemiessung vun de Sonneflecken (maximal Promille vun der Sonnefläch).

Duerch déi einfach Berechnungsweis léisst sech R bis wäit an d'Vergaangenheet zeréck ofschätzen – genee naturgeméiss zanter 1610, dem Joer vun der Teleskoperfindung. D'Zentral, wou all Dag d'Moosszuele gemellt goufen, war bis Enn 1979 de Schwäizer Observatoire vun Zürich. Zanterhier ginn Date beim Observatoire royal de Belgique gesammelt. Dës Organisatioun heescht S.I.D.C. (Solar Influences Data Analyses Center). Et gëtt awer nach eng Rei vu weideren Observatiounsplazen, déi Date sammelen an ënnereneen austauschen.

An engem Minimajoer läit R am Mëttel bei 5 bis 20 (de facto 0 bis 3 kleng Flecken), zu der Zäit vum Maximum klëmmt d'Moyenne vum Mount op 60 bis 200 (duerchschnëttlech ongeféier 5 bis 10 gréisser Fleckegruppen). Well d'Visualitéit vun de Flecken mat der Gréisst vum gebrauchten Teleskop zouhëlt, gouf déi Züricher Formel fir d'Reduktioun op en „Norm-Teleskop“ entwéckelt. Doduerch kommen heiansdo komesch Relativzuelen zustan (z. B. bei engem eenzele Fleck R* = 9 amplaz visuell R = 11), – wat awer dem Wäert vun der Moosszuel keen Ofbroch deet.

10,7 cm Radio Flux Index

→ Haaptartikel: Solarer Flux

D'Fleckerelativzuel hänkt staark mat der Radiowellestralung vun der Sonn bei 10,7 cm Wellelängt zesummen. D'Stralungsstärkt gëtt als Radio Flux Index F_10.7 bezeechent. D'Stralungsdicht gëtt an W/m²/Hz gemooss, munnechmol och an Jansky ugewisen, meeschtens awer a Solar Flux Units (sfu): 1 sfu = 10⁴ Jy = 10⁻²² W/m²/Hz

Dee solare Flux eegent sech fir d'Miessung vun der Sonnenaktivitéit besser wéi d'Sonnefleckerelativzuel, well dës vun der subjektiver, manueller Zielung vun de Sonneflecken ofhänkt. Hie kann an d'Sonnefleckerelativzuel an ëmgekéiert ëmgerechent ginn.

Kuckt och

Portal Astronomie

• Max Waldmeier

Um Spaweck

Commons: Solar cycles – Biller, Videoen oder Audiodateien

• (de) Klassifikation nach Waldmeier
• (de) VdS Fachgruppe Sonne / weltweites Amateur-Sonnenbeobachtungsnetz
• (de) Fotostrecke: Bilder von der Sonne (Struktur eines Magnetfelds auf der Sonnenoberfläche) sueddeutsche.de
• (de) Fotostrecke: Stereo-Satellitten-Sonnenbilder (3-D-Brille empfohlen) sueddeutsche.de