Plasmaheizung kleinskaliger Plasmabögen in der Sonnenatmosphäre

• Antragsteller: Dr. Thomas Wiegelmann
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452856778

Die Sonnenatmosphäre wird durch magnetische Plasmabögen strukturiert. Die UV-Emission in der ruhigen Sonne stammt weitgehend vom Millionen Grad heißem Plasma in kleinskaligen Magnetfeldbögen. Es ist daher sehr wichtig, die physikalischen Heizungsprozesse des Plasmas in diesen kleinskaligen Magnetfeldstrukturen zu untersuchen. Cluster dieser kleinskaligen Plasmabögen werden als helle koronale Punkte (Coronal Bright Points, CBPs) beobachtet. Erforscht werden soll auch welche Rolle kleinskalige Eruptionen in CBPs für den Transport von Materie und Energie von der Sonnenatmosphäre in den Sonnenwind spielen. Auch wenn es in den letzten Jahren Forschungsfortschritte gegeben hat, so sind doch noch viele fundamentale Fragen ungeklärt. Diese erfordern eine umfassende Erforschung durch die Kombination von Beobachtungen mit theoretischer Modellierung. Wichtige offene Fragen sind: Welche Heizungsmodelle für kleinskalige Plasmabögen stimmen am besten mit der beobachteten Morphologie und Zeitentwicklung des Plasmas und Magnetfeldes überein? Welche Rolle spielt das Zusammenwirken von magnetischer Rekonnexion and magneto-akustischen Wellen bei diesen Heizungsprozessen? Werden die beobachtbaren Helligkeitsschwankungen durch Mikro- und Nanoflareheizung erzeugt oder spielen andere physikalische Prozesse hierbei eine Rolle? In der ersten Phase des vorgeschlagenen Projekts planen wir zu untersuchen, welche der diversen Heizungsmodelle die Beobachtungen erklären können. Wir planen die modellbasierten und beobachtbaren Heizungsraten zu vergleichen. Für die Modelle spielt die Skalierung der Heizung mit der Länge der Plasmabögen und dem magnetischen Fluß eine wichtige Rolle und beide Parameter können aus den Beobachtungen gewonnen werden. Weitere Bedingungen für realitätsnahe Heizungsmodelle werden aus der Morphologie und Entwicklung der magnetischen Plasmabögen, welche die CBPs formen, abgeleitet. Hierbei wird die Entwicklung und Lebenszeit der Plasmabögen untersucht, sowie welche Rolle durch magnetische Rekonnexion erzeugte Plasmaströmung spielt. Die Plasmabögen können in Beobachtungsbildern identifiziert und spektroskopisch untersucht werden. In Phase 2 des Projektes planen wir statistische Untersuchungen zum Zusammenhang von Mikroflares und CBPs. In Phase 3 wollen wir die Entwicklung von CBPs und insbesondere Eruptionen genauer untersuchen. Es soll geklärt werden, welche Rolle diese Eruptionen für die beobachteten Plasmafahnen und serpentinenartige Strukturen (Switchbacks) im Sonnenwind spielen. Wir kombinieren dazu Beobachtungen von diversen Weltrauminstrumenten (IRIS, Hinode, Solar Orbiter und Parker Solar Probe) mit bodengebundenen Beobachtungen (z.B. Daniel K. Inouye Solar Telescope). Wir vergleichen unsere nicht-linearen, kraftfreien Magnetfeldextrapolationen und magnetohydrostatischen Gleichgewichte mit den Beobachtungen. Wir erwarten, einen neuen Standard (Benchmark) unseres Wissen über Plasmaaufheizung in kleinskaligen Magnetfeldbögen zu setzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen