Das „Wetter“ auf unserer Sonne und die Auswirkungen auf die Erde Abschlusspräsentation am 31.01.2012 Maria Heinrich Q12

http://www.youtube.com/watch?v=k-74v5mieY4&feature=related http://www.welt.de/videos/wissen/article13830980/Sonnensturm-auf-dem-Weg-zur-Erde.html#

Gliederung

1. Aufbau der Sonne 2. Magnetfeld 2. 1. Entstehung 2. 2 1. Aufbau der Sonne 2. Magnetfeld 2.1. Entstehung 2.2. Struktur und Zyklus 3. Die Korona und das Magnetfeld 3.1. Strukturen 3.2. Formen 4. Sonnenwind 5. Magnetische Aktivität 5.1. Flares 5.2. Protuberanzen 5.3. Koronale Massenauswürfe 6. Auswirkung der Sonnenaktivität auf die Erde 6.1. Polarlichter 6.2. Geomagnetische Stürme und ihre Folgen 6.3. Auswirkungen auf Satelliten und Astronauten 7.Fazit 8. Quellen

1. Aufbau der Sonne

Korona Chromosphäre Konvektionszone Strahlungszone Kern Photosphäre

2. Magnetfeld

2.1. Entstehung Sonnenrotation + Strömung elektrisch leitfähiger Materie = Magnetfeld Magnetfeld Lorentzkraft geladene Teilchen bewegen sich spiralförmig um Feldlinien (v. a. Atmosphäre)

2.1. Struktur und Zyklus Modell von Horace W. Babcock: globales bipolares MF (Sonnenfleckenminimum) differentielle Rotation: MF mitgezogen, verdreht und verdichtet 2 ringförmige MF (entgegengesetzte Polarität) MF verstärkt bipolare Sonnenflecken

ERGEBNIS: Sonnenaktivität steigt in 11 Jahren von Minimum Maximum Minimum gleicher Zyklus mit umgekehrter Polarität 22-Jähriger Magnetfeldzyklus

Exkurs: Sonnenflecken starke MF hemmen Konvektion weniger Wärmeabgabe Emissionsmaximum wird zu längeren Wellenlängen verschoben (weniger „Strahlungsintensität“)

3. Die Korona und das Magnetfeld

3.1. Strukturen Helmstreifen

Koronale Löcher - Bereiche geringer Dichte - meist bei Polen (auch bis zum Äquator) - „offene“ MF-Linien Materie entweicht

Aktivitätsminimum Aktivitätsmaximum 3.2. Form der Korona

4. Sonnenwind

mit Überschallgeschwindigkeit von der Sonne wegströmender Strom geladener Teilchen Strömt aus Gebieten mit offener MF-Struktur ( z.B. koronale Löcher) Teilchen aus einem Gebiet verbinden sich zu einer Stromlinie durch Rotation der Sonne zur Parkerspirale verformt beeinflusst Interplanetares Magnetfeld u.a. durch die mittransportierten Magnetfelder bis zur Heliopause (bis ca. 150 AU)

5. Magnetische Aktivität

5.1. Flares kanonisches Modell Aufflackernde starke Röntgen- und Gammastrahlung kanonisches Modell Elektronen werden an der Spitze einer Schleife auf fast Lichtgeschwindigkeit Beschleunigt

5.2. Protuberanzen Großräumige MF halten riesige, längliche MF aufrecht und isolieren Materie, die kühler und dichter ist als die Umgebung (Korona) (ruhende Protuberanz) Störung des stützenden MFs Ausbruch (eruptive Protuberanz)

Eruptive Protuberanz

5.3. Koronale Massenauswürfe Aufsteigende magnetische Blasen bei denen Materie von der Sonne weggeschleudert wird Ausgelöst durch Umbildung von MF in der unteren Korona Schleifen werden instabil und steigen auf

6. Auswirkung der Sonnenaktivität auf die Erde 6.1. Polarlichter an Schwachstellen gelangen geladene Teilchen in die Magnetosphäre diese bewegen sich auf Feldlinien in Richtung Pol dort treffen sie in unteren Schichten auf Moleküle der Erdatmosphäre und regen diese zu Leuchten an sie sind überwiegen am Polarlichtoval zu sehen bei heftigen Sonnenwindströmen können sie sich bis zu Äquator ausdehnen

Magnetfeldlinie Elektronenbahn Magnetischer Pol

6.2. Geomagnetische Stürme und ihre Folgen besonders starke Schwankung des Erdmagnetfeldes Starke Stürme durchschnittlich einmal im Jahr Anzahl ist abhängig vom Fleckenzyklus der Sonne bei Ausbrüchen wird der Sonnenwind stark beschleunigt

die Magnetosphäre wird auf der Tagseite bis zur Hälfte ihrer normalen Größe komprimiert das Polarlichtoval kann sich bis zum Äquator ausdehnen die dabei fließenden Ströme erwärmen die Atmosphäre und dehnen sie aus Satellitenbahnen werden verändert oder gestört

Folgen der rasanten Magnetfeldänderung: Gestörte MF können Ströme in die Erde leiten Spannung in Fernleitungen kann erhöht werden Transformatoren können schmelzen oder ausfallen

6.3. Auswirkung auf Satelliten und Astronauten Flarestrahlung (starke Röntgen und Ultraviolettstrahlung) verändert die Ionisationsschicht Probleme bei der Radiokommunikation Van-Allen-Strahlungsgürtel mit hochenergetischen geladenen Teilchen dringen in Satelliten ein und zerstören z.B. Mikrochips

Vielflieger und Flugpersonal bekommen bei Polflügen eine höhere Strahlungsdosis ab das Krebsrisiko steigt Astronauten bekommen eine noch größere Strahlungsdosis ab Astronauten sollten daher keine weiteren Kinder mehr wollen, um Genschäden zu vermeiden (Männer zwischen 40-45 Jahren sind am Strahlungsresistentesten)

7. Fazit Die Aktivitäten der Sonne können „negative“ und „positive“ Folgen haben Info: nächstes Aktivitätsmaximum: ca. Frühjahr 2013 Polarlichter können auch in unseren Breitengraden beobachtet werden

Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!!

8. Quellen 20.4.11 http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:Hn2p6hq20BoJ:www.aip.de/People/MSteinmetz/classes/WiSe03/PPT/Kapitel%2520IV.ppt+IMF+astrophysik&hl=de&gl=de&pid=bl&srcid=ADGEESiTSmftTH2_tBZbby0VDP6B-DaxYDM53__tgWNpLMVKaavDYFfFRQ-lyBkUFpNzQp40WmAAbUFdXRtOuaT8SjKIHB5a8rhzQNWGTGj-kye1-tjOHX43eeVEfwl4EfQGMo8TGNqK&sig=AHIEtbRAyC2sGqQq2FgK-BMWB80kixomWw http://www.stromrechner.com/blog/2010/05/19/gewaltige-sonneneruption-fur-2012-befurchtet-gefahr-fur-stromnetze-und-infrastruktur/ http://www.br-online.de/br-alpha/alpha-centauri/alpha-centauri-flares-2005-ID1207910931449.xml http://www.br-online.de/br-alpha/alpha-centauri/alpha-centauri-sonnenwind-2001-ID1208426777436.xml http://www.br-online.de/br-alpha/alpha-centauri/alpha-centauri-sonnenflecken-sonnenstuerme-1999-ID1209387813824.xml http://www.br-online.de/br-alpha/alpha-centauri/alpha-centauri-nordlicht-1999-ID1209388611214.xml 28.5.11 http://www.mps.mpg.de/projects/soho/sumer-lab/isermann/sonne.html http://www.astronomie.de/das-sonnensystem/die-sonne/basiswissen/sonnenkern/ http://www.neunplaneten.de/nineplanets/sol.htm 9.6.11 http://www.nasa.gov/multimedia/videogallery/index.html?collection_id=15504&media_id=93725911 25.06.2011: http://www.lehrer-online.de/dyn/bin/718434-718481-1-12_sonnenaktivitaet_handout.pdf Bild SF 10.20 uhr http://www.dlr.de/DesktopDefault.aspx/tabid-5170/8702_read-16292/8702_page-4/gallery-1/gallery_read-Image.1.8381/  26.06.11. Bild helmet streamer http://www.aanda.org/index.php?option=com_image&format=raw&url=/articles/aa/full_html/2009/27/aa11877-09/img27.png sonnenfleck 2 http://www.welt.de/multimedia/archive/00313/sonne6_DW_Wissensch_313786p.jpg Koronales Loch http://future-box.de/blog/?p=811 http://www.scienceblogs.de/planeten/15Coronal_Hole_Magnetic_Field_Lines.png

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30.08.2011 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f3/Magnetosphere_rendition.jpg/800px-Magnetosphere_rendition.jpg (Erdmagnetfeld) http://www.chaoszone.de/blog/media/blogs/webnews/polarlichter-7.jpg http://www.natur-pur-tour.com/nordlicht.jpg http://www.arcor.de/iimages/57/art_440x330_XF2DZbKuZonApVWDhmGq8mSCkdOK.jpg 29.01.2012 http://www.youtube.com/watch?v=8_NUtEdGfaI&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=m9BMkw-8WTQ&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=XDHbOXyiwg0 http://www.gestuet-schultenhof.de/uploads/images/tauben/0179-07-1089-W.jpg http://www.utd.hs-rm.de/flare/Flare/Weltraumwetter/Magnetosphare2.jpg http://view.stern.de/de/picture/67161/Himmel-Deutschland-M%FCnchen-Flugzeug-flughafen-Flug-Tower-510x510.jpg http://img.fotocommunity.com/images/Himmel-Universum/opt-Phaenomene-der-Atmosphaere/Polarlicht-Corona-a24648090.jpg http://www.igep.tu-bs.de/forschung/weltraumphysik/projekte/themis/Substorms3_web.jpg http://www.igep.tu-bs.de/alte_homepage/lehre/fprak/Bilder/mgsphere.jpg

Buchquellen: Lang, R. Kenneth: Die Sonne, Stern unserer Erde, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1996 Giovanelli, Roland G.: Geheimnisvolle Sonne, Übers. Von Rainer Beck, Weinheim VCH 1987 Bothmer, Volker: Die Struktur magnetischer Wolken im Sonnenwind, Zusammenhang mit eruptiven Protuberanzen und Einfluss auf die Magnetosphäre der Erde, Göttingen 1993 Schäfer, Josef: Der Zusammenhang zwischen der Sonnenfleckenzahl, der Richtung des interplanetaren solaren Magnetfelds und planetaren Bewegungen der Troposphärischen 500 MB-Fläche auf der Nordhemisphäre, Bonn 1979 Bauer, Siegfried J., u.a.: Erde und Planeten, Lehrbuch der Experimentalphysik/ Bergmann; Schaefer, Band 7, Berlin 2001² Straubinger Tagblatt, Ausgabe vom 09.06.2011, Die Seite Drei W. Heidrich, „Geisterhafte Polarlichter“, A+R 114, 17 (2009) S. F. Odenwald, J.L. Green, „Solare Superstürme – die verkannte Gefahr“, SdW 31, NR.3,24 (2009) E. Schmidt, „Überwältigende Polarlichter – Wechselwirkungen zwischen Mensch und Natur“, A+R 79, 37 Polarlichtforschung mit Freja, SuW, NR. 5, 436 (1996)

konzentrierter Magnetismus der die Photosphäre an 2 Stellen durchbricht mag. Schleifen zw. 2 Flecken entgegengesetzter Polarität gleiche Polarität der im Drehsinn vorangehenden Flecken (in Hemisphären entgegengesetzt) starke Beeinflussung der geladenen Teilchen (Spiralbahn)

Synchrotronstrahlung: Elektronen senden Strahlung aus wenn sie gebremst werden oder sich ihre Bewegungsrichtung ändert

3.1. Strukturen Helmstreifen - über aktiven Gebieten bilden sich bogenförmige Gebilde (Feldlinien, die mit weit entfernt gelegen aktiven Gebieten verbunden sind halten Korona Materie) - zunehmender Abstand MF Linien öffnen sich (MF-Druck < Gasdruck) helmförmige Gebilde

abhängig von der Sonnenfleckenzahl 3.2. Form der Korona abhängig von der Sonnenfleckenzahl Fleckenminimum: Flecken hauptsächlich am Äquator global stärker Fleckenmaximum: auf ganzer Sonnenoberfläche global schwächer