Transcript Wetter

Das „Wetter“ auf unserer Sonne und
die Auswirkungen auf die Erde
Abschlusspräsentation am 31.01.2012
Maria Heinrich
Q12
http://www.youtub
e.com/watch?v=k74v5mieY4&featur
e=related
http://www.welt.de/vi
deos/wissen/article1
3830980/Sonnenstu
rm-auf-dem-Wegzur-Erde.html#
Gliederung
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
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
3.2. Form der Korona
Aktivitätsminimum
Aktivitätsmaximum
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
• 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
(eruptive Protuberanz)
Ausbruch
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
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
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20.4.11
http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:Hn2p6hq20BoJ:www.aip.de/People/MSteinmetz/classes/WiSe03/PPT/Kapitel%2520IV.pp
t+IMF+astrophysik&hl=de&gl=de&pid=bl&srcid=ADGEESiTSmftTH2_tBZbby0VDP6B-DaxYDM53__tgWNpLMVKaavDYFfFRQlyBkUFpNzQp40WmAAbUFdXRtOuaT8SjKIHB5a8rhzQNWGTGj-kye1-tjOHX43eeVEfwl4EfQGMo8TGNqK&sig=AHIEtbRAyC2sGqQq2FgKBMWB80kixomWw
http://www.stromrechner.com/blog/2010/05/19/gewaltige-sonneneruption-fur-2012-befurchtet-gefahr-fur-stromnetze-undinfrastruktur/
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
•
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•
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
•
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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=__qexY0PrwecbeCl0n_sdleCRkuI=&h=195&w=195&sz=12&hl=de&start=295&zoom=1&tbnid=fl3CX1sVcG6WeM:&tb
nh=128&tbnw=133&ei=h0gHTqeVHcrCswaYktyaDA&prev=/search%3Fq%3Dsonnenaktivit%25C3%25A4
t%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/astronomischebilder/sonnensystem/eruptive-protuberanz-auf-der-sonne/image_preview
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3.7.2011
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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/presse
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senotizen/pressenotiz_20081127.html&usg=__DoTiIfN1lAEvHhgpGnWTmwklpIs=&h=620&w=1024&sz=
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9,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)
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30.08.2011
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(Erdmagnetfeld)
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29.01.2012
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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
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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