{"id":21442,"date":"2014-02-17T09:14:53","date_gmt":"2014-02-17T08:14:53","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/02\/17\/verhaelt-sich-die-sonne-chaotisch\/"},"modified":"2025-05-14T16:13:56","modified_gmt":"2025-05-14T14:13:56","slug":"verhaelt-sich-die-sonne-chaotisch","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/02\/17\/verhaelt-sich-die-sonne-chaotisch\/","title":{"rendered":"Verh\u00e4lt sich die Sonne chaotisch?"},"content":{"rendered":"

Wenn man sich die Sonne so ansieht, dann sieht sie meistens ziemlich ruhig und friedlich aus. Nur mit entsprechenden Teleskopen kann man sie als den riesigen, brodelnden Ball aus hei\u00dfem Gas sehen, der sie in Wahrheit ist. Dass Sterne bei genauerer Betrachtung ziemlich komplexe Objekte sind, wissen wir ja schon seit einigen Jahrzehnten. Aber sind sie auch tats\u00e4chlich chaotisch? Das haben sich Arnold Hanslmeier von der Universit\u00e4t Graz und seine Kollegen gefragt („The chaotic solar cycle II. Analysis of cosmogenic 10Be data“<\/a>) und die Sache mal genauer betrachtet.<\/p>\n

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\"Granulation<\/a>
Granulation und Sonnenfleck (Bild: NASA)<\/figcaption><\/figure>\n

Es geht um die Frage der Sonnenaktivit\u00e4t<\/i>. Damit ist nicht die Helligkeit der Sonne gemeint, sondern die elektromagnetischen Prozesse in ihrem Inneren. Die Sonne besteht aus einem Plasma, also aus Gas, in dem die Elektronen der Atomh\u00fclle nicht mehr an die Atomkerne gebunden sind. Deswegen ist das Plasma auch nicht mehr elektrisch neutral, sondern geladen und seine Bewegung wird von den Magnetfeldern in der Sonne beeinflusst. Gleichzeitig bestimmt die Bewegung der elektrisch geladenen Plasmastr\u00f6me aber auch die St\u00e4rke und Ausrichtung der Magnetfelder (ich habe das hier ausf\u00fchrlich erkl\u00e4rt<\/a>). Die elektromagnetischen Vorg\u00e4nge auf der Sonne k\u00f6nnen dann zum Beispiel f\u00fcr mehr oder weniger Sonnenflecken sorgen oder f\u00fcr mehr oder weniger Protuberanzen und Explosionen, die Plasma ins Weltall schleudern. Gibt es viele Flecken und Protuberanzen, ist die Sonnenaktivit\u00e4t hoch; gibt es wenig, dann ist sie gering. Seit knapp 200 Jahren beobachten wir die Sonne gut genug, um diese Aktivit\u00e4t aufzeichnen zu k\u00f6nnen, und wir wissen, dass sie sich in einem 11-Jahres-Zyklus \u00e4ndert: Alle 11 Jahre ist die Aktivit\u00e4t besonders hoch.<\/p>\n

Aber die l\u00e4ngerfristige Entwicklung der Sonne zu untersuchen ist viel schwieriger. Wir wissen ja nicht, wie die Sonne vor 500, 1000 oder 5000 Jahren ausgesehen hat. Um Aussagen \u00fcber die Aktivit\u00e4t in fr\u00fcheren Zeiten machen zu k\u00f6nnen, braucht es indirekte Methoden. Hanslmeier und seine Kollegen haben sich deswegen angesehen, wie gro\u00df die Menge an Beryllium-10-Isotopen in Eiskernen ist, die an den Polen heraufgebohrt wuren. Beryllium-10 ist radioaktiv mit einer Halbwertszeit von wenig mehr als einer Million Jahre und es kommt normalerweise \u00fcber die nat\u00fcrliche kosmische Strahlung aus dem All zu uns auf die Erde. Ist die Sonne allerdings gerade besonders aktiv, dann schleudert sie besonders viel geladenes Plasma ins All und das wirkt wie eine Art „Schutzschild“, das die kosmische Strahlung nicht durchl\u00e4sst. Ist die Sonnenaktivit\u00e4t also hoch, erreicht wenig Beryllium-10 die Erde und umgekehrt. Auf diese Weise (und mit anderen, \u00e4hnlichen Methoden) kann man also auch die Sonnenaktivit\u00e4t vergangener Zeiten rekonstruieren. So sieht das in der Arbeit von Hanslmeier und seinen Kollegen aus:<\/p>\n

\"Bild:<\/a>
Bild: Hanslmeier et al, 2014<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Hier sieht man zwei verschiedene Rekonstruktionen; einmal mit dem Isotop C-14; einmal mit Beryllium-10 (die \u00dcbereinstimmung ist nicht ganz perfekt, da man bei der Auswertung der Beryllium-Daten auch die Ver\u00e4nderungen im Magnetfeld der Erde ber\u00fccksichtigen muss, was nicht so einfach ist). Dabei muss man allerdings ber\u00fccksichtigen, dass die Daten aus technischen Gr\u00fcnden \u00fcber 25-Jahres-Intervallen gemittelt werden mussten; der klassische 11-Jahres-Zyklus kann in diesen Rekonstruktionen also nicht gesehen werden. Aber es gibt ja durchaus auch l\u00e4ngerfristige Aktivit\u00e4tszyklen, die dem 11-Jahres-Zyklus \u00fcberlagert sind.<\/p>\n

Hanslmeier und seine Kollegen wollten nun wissen, ob diese Ver\u00e4nderung der Sonnenaktivit\u00e4t chaotische Aspekte aufweist oder nicht. Das ist ein klassisches Problem in der Physik bzw. Mathematik: Man hat eine sogenannte „Zeitreihe“, also eine Menge an Datenpunkten die zeitlich aufeinander folgen und m\u00f6chte wissen, ob da irgendeine Ordnung drin steckt oder eben nicht. Kennt man die physikalischen Gesetze, anhand derer die Zeitreihe erzeugt wird, kann man das oft vergleichsweise einfach machen. Hier hat man aber nur jede Menge Messwerte und wei\u00df nicht<\/i> genau, welche physikalischen Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten dahinter stecken. Methoden zur Analyse von Zeitreihen gibt es jede Menge und Hanslmeier et al haben einige von ihnen ausprobiert. Zum Beispiel die „Delayed Coordinates“<\/i>. Da tr\u00e4gt man in einem Diagramm die Werte der Zeitreihe gegen die Werte der Zeitreihe zu einem sp\u00e4teren Zeitpunkt auf. Hat man zum Beispiel eine v\u00f6llig regelm\u00e4\u00dfige Zeitreihe, bei der die Sonnenaktivit\u00e4t immer gleich stark ist, also immer den selben Wert hat, dann sieht man das auch in den Diagrammen der „Delayed Coordinates“. Hat die Aktivit\u00e4t zum Zeitpunkt 1 den Wert x, dann hat sie diesen Wert auch zum Zeitpunkt 2, zum Zeitpunkt 10, zum Zeitpunkt 100, und so weiter. Wenn ich im Diagramm also nun den Zeitpunkt 1 gegen den Zeitpunkt 101, den Zeitpunkt 2 gegen den Zeitpunkt 102, den Zeitpunkt 3 gegen den Zeitpunkt 103, usw auftrage, dann bekomme ich immer den selben Wert und im Diagramm f\u00fcr die gesamte Zeitreihe nur einen einzelnen Punkt. Und je nachdem wie stark die Variation der Sonnenaktivit\u00e4t ist und ob dort bestimmte Zyklen zu erkennen sind oder nicht, bekomme ich bei den Diagrammen der „Delayed Coordinates“ verschiedene regelm\u00e4\u00dfige oder unregelm\u00e4\u00dfige Strukturen. So sieht das zum Beispiel aus f\u00fcr ein Delay von 1, 5, 10, 15, 20 und 25 Zeitschritten.<\/p>\n

\"Bild:<\/a>
Bild: Hanslmeier et al, 2014<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Hanslmeier und seine Kollegen haben noch diverse andere Techniken angewandt um nach Chaos in der Sonnenaktivit\u00e4t zu suchen, die ich jetzt aber nicht alle im Detail erkl\u00e4ren will. Sie haben dabei festgestellt, dass das Verhalten der Sonnenaktivit\u00e4t um so simpler bzw. weniger chaotisch wird, je l\u00e4ngere Zeitr\u00e4ume man betrachtet. Filtert man zum Beispiel alle Variationen aus dem Datensatz heraus, die kleiner als 380 Jahre sind, dann bekommt man eine sehr einfache Zeitreihe, die sich sehr ordentlich verh\u00e4lt. Den Grund daf\u00fcr vermuten Hanslmeier und seine Kollegen nicht in der Sonne selbst, sondern in verschiedenen Prozessen auf der Erde, die die Menge an C-14 und Beryllium-10 nachtr\u00e4glich noch ver\u00e4ndern (C-14 nimmt zum Beispiel am Kohlenstoffzyklus<\/a> teil und das kann durchaus Auswirkungen haben). Insgesamt kommen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Sonnenaktivit\u00e4t nicht<\/i> v\u00f6llig zuf\u00e4llig und chaotisch ist, sondern durchaus gewissen Zyklen und Regeln folgt. Und das ist doch sch\u00f6n zu wissen!\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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