Das „Wetter“ auf unserer Sonne und die Auswirkungen auf die Erde

Abschlusspräsentation am 31.01.2012Maria 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 Sonne2. Magnetfeld 2.1. Entstehung 2.2. Struktur und Zyklus3. Die Korona und das Magnetfeld 3.1. Strukturen 3.2. Formen4. Sonnenwind5. Magnetische Aktivität 5.1. Flares 5.2. Protuberanzen 5.3. Koronale Massenauswürfe6. Auswirkung der Sonnenaktivität auf die Erde 6.1. Polarlichter 6.2. Geomagnetische Stürme und ihre Folgen 6.3. Auswirkungen auf Satelliten und Astronauten7.Fazit8. Quellen

1. Aufbau der Sonne

Korona

Kern

Strahlungszone

Konvektionszone

Photosphäre

Chromosphäre

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

• Helmstreifen

3.1. Strukturen

• 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

Elektronen werden an der Spitze einer Schleife auf fast Lichtgeschwindigkeit Beschleunigt

• Aufflackernde starke Röntgen- und Gammastrahlung

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)

EruptiveProtuberanz

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 Erde6.1. Polarlichter

Magnetischer Pol

Magnetfeldlinie

Elektronenbahn

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.p

pt+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

• http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.ajoma.de/assets/images/Hohe_Aktivitat.jpg&imgref

url=http://www.ajoma.de/html/sonnenbilder_nasa.html&usg=__qexY0Prwe- cbeCl0n_sdleCRkuI=&h=195&w=195&sz=12&hl=de&start=295&zoom=1&tbnid=fl3CX1sVcG6WeM:&tbnh=128&tbnw=133&ei=h0gHTqeVHcrCswaYktyaDA&prev=/search%3Fq%3Dsonnenaktivit%25C3%25A4t%2BMagnetfeld%26um%3D1%26hl%3Dde%26biw%3D1366%26bih%3D587%26tbm%3Disch&chk=sbg&um=1&itbs=1&iact=rc&dur=109&page=15&ndsp=21&ved=1t:429,r:2,s:295&tx=95&ty=97

• http://www.youtube.com/watch?v=HTPrwgP8oFY&feature=player_embedded• http://www.astronomy2009.de/medien-material/bildergalerie/astronomische-bilder/sonnensystem/er

uptive-protuberanz-auf-der-sonne/image_preview

3.7.2011• http://www.hundezucht-augustin.de/gifs/urlaub_kleeblatter/wetter-sonne40.gif• http://jetzt.sueddeutsche.de/upl/images/user/de/derien/text/regular/353607.gif• http://www.google.de/imgres?imgurl=http://www.mps.mpg.de/images/aktuelles/pressenotizen/press

enotizen_2008/pressenotiz_20081127_2_xga.jpg&imgrefurl=http://www.mps.mpg.de/en/aktuelles/pressenotizen/pressenotiz_20081127.html&usg=__DoTiIfN1lAEvHhgpGnWTmwklpIs=&h=620&w=1024&sz=282&hl=de&start=0&zoom=1&tbnid=KPN6z4lvv-VltM:&tbnh=108&tbnw=179&ei=fY0QTq7BG8yQswby_MT8Dg&prev=/search%3Fq%3Dmagnetfeld%2Bsonne%26um%3D1%26hl%3Dde%26sa%3DN%26rls%3Dcom.microsoft:de:IE-SearchBox%26rlz%3D1I7ACAW%26biw%3D1366%26bih%3D587%26tbm%3Disch&um=1&itbs=1&iact=hc&vpx=354&vpy=99&dur=1202&hovh=175&hovw=289&tx=175&ty=109&page=1&ndsp=18&ved=1t:429,r:1,s:0&biw=1366&bih=587

• http://www.ussmirage.de/Startrek/pics/sterne/korona2.jpg• http://www.astronomy2009.de/presse/expertenliste/SonnenwindSOHO.png/image_mini (SW-Bild)• http://p4.focus.de/img/gen/O/o/HBOoS6ta_Pxgen_r_1100xA.jpg (MF2)• http://www.neidgruen.de/wp-content/uploads/2010/03/sonne.jpg (sonne1)• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f3/Magnetosphere_rendition.jpg/800px-M

agnetosphere_rendition.jpg

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• 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://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

3.2. Form der Korona

• abhängig von der Sonnenfleckenzahl• Fleckenminimum: Flecken hauptsächlich am Äquator global stärker•Fleckenmaximum: auf ganzer Sonnenoberfläche global schwächer