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Die aktive Sonne: Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg Von Sonnenflecken zu Polarlichtern Rolf Schlichenmaier

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Präsentation zum Thema: "Die aktive Sonne: Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg Von Sonnenflecken zu Polarlichtern Rolf Schlichenmaier"—  Präsentation transkript:

1 Die aktive Sonne: Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg Von Sonnenflecken zu Polarlichtern Rolf Schlichenmaier (1) Aufbau der Sonne (2) Sonnenflecken (3) Messung und MHD (4) Magnetfeldentstehung (5) Sonnenzyklus (6) Sonneneruptionen (7) Polarlichter

2 Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik 1240 m, Schauinsland bei Freiburg: Gegründet 1943 Tests von Instrumenten Ausbildung von Studenten Öffentlichkeitsarbeit Teleskop mit Spektrograph: 45 cm Öffnung KIS, Schöneckstr. 6, Freiburg Observatorium Schauinsland

3 Observatorium Teide (Izaña, Teneriffa) Pico del Teide Stabile Inversionsschicht GREGOR, 1.5 m VTT, 70 cm

4 Warum Sonnenphysik? Magnetfelder wesentlich bei Entwicklung von Planeten, Sternen und Galaxien. Sonne ist Energiequelle für die Erde. Magnetfelder verursachen eine Variabilität der Strahlung: Beschleunigung von Teilchen. Wechelwirkung zwischen Magnetfeld, Strahlung und Materie sind nichtlinear, nichtlokal, dynamisch und kleinskalig (turbulent): Sonne als Labor.

5 Animation: NAOJ, Auflösung: 0,25 = 200 km Sonne: 1400 Mm, km, 0.5 Grad, 30, 1800

6 Querschnitt der Sonne

7 Die Sonne strahlt wie ein schwarzer Strahler mit ca K. Das Strahlungsspektrum der Sonne 400 nm 700 nm

8 Mehr als 99% des Lichtes von der Sonne stammt aus der Photosphäre Photosphäre = Sonnenoberfläche Die Photosphäre

9 (Fraunhofersche-) Absorptionslinien

10 B = 0 B > 0 Magnetfeldmessung: Der Zeeman-Effekt

11 Sonnenflecken auf der Sonnenscheibe HMI/SDO, NASA: 4k x 4k CCD Fe I nm (g=3) 5 * 4 Bilder /min HMI + AIA: 2 TB/Tag

12 Die Entfernung der Sonne von der Erde Blende der Lochkamera Messung mit Lochkamera

13 Die magnetische Sonne Magnetische Regionen = Aktive Regionen = Bipolare Regionen B pos: gelb-rot B neg: grün-blau

14 Warum sind Sonnenflecken dunkel? Hale (1908): Sonnenflecken sind assoziiert mit konzentriertem Magnetfeld. Photosphäre: Konvektion transportiert Energie. Sonnenfleck: Magnetfelder unterdrücken Konvektion. Sonnenflecken sind also kühler und somit dunkler.

15 Gleichungssystem: Magnetohydrodynamik Maxwell: Kontinuität: Bewegung: Ohmsches Gesetz: Energie:

16 Magnetische Spannung (Krümmung): Magnetische Feldlinien haben das Bestreben sich zu verkürzen. Es wirkt eine Rückstellkraft proportional zur Krümmung und dem Quadrat von B. Feldlinie schwingt wie eine Saite (Alfven- Welle). Magnetischer Druck: Magnetisiertes Plasma drückt in Richtung abnehmenden Magnetfelds. Eine magnetische Flussröhre in unmagnetisierter Umgebung muss kleineren Gasdruck haben, wenn sie sich im Druckgleichgewicht und thermischem Gleichgewicht befindet.

17 Heißes Gas - freie Elektronen - Plasma: Elektrischer Strom fließt widerstandsfrei. "Wo ein Strom fließt, ist auch ein Magnetfeld." Prinzip: 2 Kreisströme, erzeugen gemeinsam eine Magnetfeldlinie. Kreisströme entfernen sich voneinander wegen Scherströmung. Magnetfeldlinie wird in die Länge gezogen. Magnetfeldverstärkung durch Aufwicklung. Magnetfeldverstärkung

18 Lorentz-Kraft:(a)Magnetfeldlinienhaben wirken ihrer Krümmung entgegen. Krümmungkraft (b)Es wirkt eine Kraft in Richtung des abnehmenden Magnetfeldes. Abstoßung zwischen magnetischen Feldlinien: magnetischer Druck aus (b) folgt:Kleinerer Gasdruck innerhalb als außerhalb. Geringere Dichte innerhalb als außerhalb. Auftrieb! Lorentz-Kraft, "magnetischer Druck" und Auftrieb

19 Die differenzielle Rotation: Drehimpuls-Umverteilung durch Konvektion Äquator rotiert schneller als Pol. Am Äquator rotiert die Oberfläche schneller als das Innere.

20 Verwicklung der Magnetfeldlinien

21 Wie entstehen Sonnenflecken? Bipolare Regionen Aktive Regionen.

22 Sonnenflecken und Fackeln am Sonnenrand

23 Die Sonne im Röntgenlicht: Korona Magnetogramm in der Photosphäre EIT/SOHO, Fe XII, 2 Mil. K Mai 1996 Dezember 2000 Sonnenzyklus in Bildern MinimumMaximum

24 Sonnenfleckenanzahl im monatlichen Mittel

25 Von der Photosphäre in die Korona

26 Magnetfelder in der Korona: Bögen (TRACE)

27 Magnetische Rekonnektion

28 Koronale Massen- auswürfe Halloween 2003, Lasco C3 (SOHO)

29 Sonnenwind und Erdmagnetosphäre: Weltraumwetter (space weather)

30 Weltraumwetter

31 Yuichi Takasaka, 2009 Polarlichter

32

33 Die aktive Sonne: Von Sonnenflecken zu Polarlichter Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg Rolf Schlichenmaier Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.


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