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Neues Modell kartiert das Magnetfeld der Sonne mit Rückseitendaten genauer
Die von der Erde abgewandte Hälfte der Sonne bleibt direkten Magnetfeldmessungen weitgehend verborgen. Ein neues Verfahren kann dort vermutete aktive Regionen zuverlässiger von fehlerhaften Signalen unterscheiden und verbessert dadurch die Rekonstruktion des solaren Magnetfelds. Allerdings übersieht die Methode bei der gewählten Einstellung auch fast die Hälfte der im Test bestätigten Aktivitätssignale.
San Antonio (U.S.A.). Sonnenflecken und andere magnetisch aktive Gebiete können auf der abgewandten Seite der Sonne entstehen, wachsen oder wieder verschwinden. Von der Erde aus sind sie in dieser Zeit nicht direkt zu sehen, obwohl ihr Magnetfeld die weitere Entwicklung der Sonnenaktivität beeinflusst. Für die Berechnung des Weltraumwetters fehlen dadurch wichtige Informationen über unseren Stern.
Modelle des magnetischen Flusstransports beschreiben, wie sich das Magnetfeld durch Strömungen und die Rotation über die Sonnenoberfläche verändert. Für die unsichtbare Hemisphäre müssen sie bislang oft abschätzen, wo neue Aktivitätsgebiete auftauchen. Zwar liefern Schallwellen aus dem Sonneninneren mittels Helioseismologie Hinweise auf verborgene magnetische Strukturen, doch nicht jeder dieser Hinweise ist zuverlässig.
Forscher des Southwest Research Institute (SwRI) um Dr. Bibhuti Kumar Jha haben nun ein Verfahren entwickelt, das solche Signale vor ihrer Übernahme in ein Sonnenmodell bewertet. Dazu nutzten sie helioseismische Aufnahmen und nahezu zeitgleiche Beobachtungen der Sonnenrückseite aus der Zeit vom Mai 2010 bis August 2014. Für den Vergleich dienten unter anderem Ultraviolettaufnahmen der Raumsonden STEREO, auf denen aktive Gebiete unabhängig von den Schallwellen erkennbar sind.
Die helioseismischen Verfahren leiten die Existenz aktiver Regionen aus Veränderungen der Schallwellen ab, die das Sonneninnere durchlaufen. Solche indirekten Messungen können allerdings Gebiete anzeigen, für die andere Beobachtungen keine entsprechende magnetische Aktivität bestätigen. Das Team bezeichnet diese vermeintlichen Aktivitätszonen als Geisterregionen.
„Akustische Daten können manchmal auf eine aktive Region auf der Sonnenrückseite hinweisen, aber wenn der Bereich dann sichtbar wird, sehen wir dort nichts. Das ist fast wie ein Fehlalarm. Wir nennen diese Gebiete Geisterregionen“, erklärt Dr. Bibhuti Kumar Jha.
Um echte und scheinbare Signale zu unterscheiden, analysierten die Wissenschaftler insgesamt 10.227 erfasste Kandidatennachweise. Sie berücksichtigten unter anderem die geschätzte magnetische Flussmenge, die mittlere Feldstärke und die geografische Breite der jeweiligen Region auf der Sonne. Aus diesen Merkmalen berechnet ein statistisches Verfahren für jeden Kandidaten eine Wahrscheinlichkeit, tatsächlich ein aktives Gebiet zu sein.
An 2.046 zuvor nicht für die Anpassung des Verfahrens verwendeten Kandidatennachweisen überprüften die Forscher seine Zuverlässigkeit. Bei einem gewählten Wahrscheinlichkeitsgrenzwert von 0,73 sortierte das Modell rund 90 Prozent der Geisterregionen aus. Von den weiterhin als echt eingestuften Aktivitätsgebieten waren nach dem verwendeten Vergleichsmaßstab 93 Prozent tatsächlich vorhanden.
Diese hohe Trefferreinheit geht allerdings zulasten der Vollständigkeit. Von den durch die Vergleichsbeobachtungen bestätigten Aktivitätssignalen behielt der Filter nur etwa 52 Prozent bei. Rund 48 Prozent dieser Signale wurden zusammen mit den Fehlalarmen verworfen. Die Einstellung ist also vor allem darauf ausgelegt, möglichst wenige falsche Regionen in die Berechnung aufzunehmen.
„Bevor wir diese helioseismischen Daten von der Sonnenrückseite in unser Modell übernehmen, bewerten wir systematisch die Zuverlässigkeit der erkannten Aktivitätsgebiete. Wir weisen jedem dieser Gebiete anhand seiner Eigenschaften eine Wahrscheinlichkeit zu“, erläutert Dr. Lisa A. Upton vom SwRI.