Jan 17

ALMA beginnt Beobachtung der Sonne

Neue Aufnahmen, die mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile aufgenommen wurden, haben sonst unsichtbare Details unserer Sonne zum Vorschein gebracht. Unter den Bildern findet sich auch eine neue Aufnahme des dunklen, gekrümmten Zentrums eines Sonnenflecks, dessen Größe fast dem Doppelten des Erddurchmessers entspricht. Diese Bilder sind die ersten Aufnahmen der Sonne, die mit einer Einrichtung aufgenommen wurden, an der die ESO beteiligt ist. Damit haben sich die Möglichkeiten zur Beobachtung und Erforschung der Physik unseres nächsten Sterns um eine wichtige Komponente erweitert. Die ALMA-Antennen wurden in besonderer Weise konzipiert, so dass sie die Sonne abbilden können, ohne durch die intensive Hitze des gebündelten Lichts beschädigt zu werden.

ALMAs Leistungsfähigkeit hat es Astronomen ermöglicht, die Chromosphäre der Sonne im Millimeter-Wellenlängenbereich abzubilden – der Region, die unmittelbar oberhalb der Photosphäre liegt, die wiederum die sichtbare Oberfläche der Sonne bildet. Das Solar Campaign-Team, eine internationale Forschergruppe, deren Mitglieder aus Europa, Nordamerika und Ostasien stammen [1], hat die Bilder als Demonstration der Fähigkeiten von ALMA zur Untersuchung Aktivität der Sonne und damit in einem längeren Wellenlängenbereich aufgenommen, als es normalerweise bei Beobachtungen von der Erde aus möglich ist.

Astronomen haben die Sonne und ihre dynamische Oberfläche sowie die engeriegeladene äußere Atmosphäre im Laufe der Jahrzehnte auf viele Weisen untersucht. Für ein vollständigeres Verständnis müssen die Astronomen sie jedoch über das gesamte elektromagnetische Spektrum untersuchen, einschließlich des Millimeter- und Submillimeterbereichs, in dem ALMA beobachten kann.

Da die Sonne viele Milliarden Mal heller ist als die lichtschwachen Objekte, die ALMA sonst beobachtet, wurden die ALMA-Antennen speziell so konzipiert, dass sie die Sonne in außerordentlicher Detailtreue mit der Radio-Interferometrietechnik abbilden können – und gleichzeitig aber auch Schäden vermeiden, die durch die enorme Hitze des gebündelten Sonnenlichts entstehen können [2].

Das Team beobachtete mit zwei von ALMAs Empfängerbändern einen riesigen Sonnenfleck bei Wellenlängen von 1,25 Millimetern und 3 Millimetern. Die Aufnahmen zeigen, dass die Chromosphäre der Sonne an verschiedenen Stellen Temperaturunterschiede aufweist [3]. Das Verständnis der Prozesse der Aufheizung und der Dynamik der Chromosphäre ist für die Wissenschaft von entscheidender Bedeutung, weshalb sich ALMA in Zukunft mit solchen Fragestellungen näher beschäftigen soll.

Sonnenflecken sind keine langlebigen Phänomene und treten in Regionen auf, in denen das Magnetfeld der Sonne extrem gebündelt und stark ist. Dort herrscht eine niedrigere Temperatur als in den umgebenden Regionen, so dass sie relativ dunkel erscheinen.

Die zwei Aufnahmen erscheinen unterschiedlich, da das emittierte Licht bei verschiedenen Wellenlängen beobachtet wurde. Beobachtungen bei kürzeren Wellenlängen ermöglichen einen tieferen Blick in die Sonne, so dass die 1,25-Millimeter-Aufnahme eine tiefere Schicht der Chromosphäre zeigt, die näher an der Photosphäre liegt, als die Aufnahme bei einer Wellenlänge von 3 Millimetern.

ALMA ist das erste Teleskop, an dem die ESO beteiligt ist, das es Astronomen ermöglicht, den nächsten Stern, unsere eigene Sonne, zu untersuchen; alle anderen bisherigen ESO-Teleskope hätten durch die intensive Sonnenstrahlung Schäden davongetragen. Durch die neuen Einsatzmöglichkeiten des ALMA-Teleskops können in Zukunft auch Astronomen Teil der ESO-Gemeinde werden, die sich auf die Erforschung der Sonne spezialisiert haben.

Endnoten
[1] Die beteiligten Wissenschaftler des ALMA Solar Campaign-Teams sind: Shin’ichiro Asayama, East Asia ALMA Support Center, Tokio, Japan; Miroslav Barta, Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, Ondrejov, Tschechien; Tim Bastian, National Radio Astronomy Observatory, USA; Roman Brajsa, Hvar Observatory, Faculty of Geodesy, University of Zagreb, Kroatien; Bin Chen, New Jersey Institute of Technology, USA; Bart De Pontieu, LMSAL, USA; Gregory Fleishman, New Jersey Institute of Technology, USA; Dale Gary, New Jersey Institute of Technology, USA; Antonio Hales, Joint ALMA Observatory, Chile; Akihiko Hirota, Joint ALMA Observatory, Chile; Hugh Hudson, School of Physics and Astronomy, University of Glasgow, Großbritannien; Richard Hills, Cavendish Laboratory, Cambridge, Großbritannien; Kazumasa Iwai, National Institute of Information and Communications Technology, Japan; Sujin Kim, Korea Astronomy and Space Science Institute, Daejeon, Republik Korea; Neil Philips, Joint ALMA Observatory, Chile; Tsuyoshi Sawada, Joint ALMA Observatory, Chile; Masumi Shimojo (interferometry lead), NAOJ, Tokio, Japan; Giorgio Siringo, Joint ALMA Observatory, Chile; Ivica Skokic, Astronomical Institute of the Czech Academy of Sciences, Ondrejov, Tschechien; Sven Wedemeyer, Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Norwegen; Stephen White (single dish lead), AFRL, USA; Pavel Yagoubov, ESO, Garching und Yihua Yan, NAO, Chinese Academy of Sciences, Peking, China.

[2] Tatsächlich musste diese Lektion erst auf schmerzliche Weise gelernt werden: am schwedischen ESO-Submillimeter-Teleskop (SEST) brach am Sekundärspiegel ein Feuer aus, nachdem das Teleskop versehentlich auf die Sonne gerichtet wurde.

[3] Mit einer einzelnen ALMA-Antenne und einer Technik, die als Fast-Scanning bezeichnet wird, wurde bei einer Wellenlänge von 1,25 Millimetern auch eine Karte der gesamten Sonnenscheibe erstellt. Die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Beobachtung mit einer einzigen ALMA-Antenne ermöglicht es, in nur wenigen Minuten eine Karte der gesamten Sonnenscheibe zu erstellen. Diese Karten zeigen die Temperaturverteilung in der Chromosphäre über die gesamte Scheibe und ergänzen somit die detaillierten interferometrischen Aufnahmen einzelner interessanter Regionen.

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