Die magnetisch aktive Sonne steht im Zentrum unseres Sonnensystems. Aus ihrer Korona strömt der Sonnenwind stetig in alle Richtungen und formt eine großräumige magnetisierte Plasmahülle um unser Zentralgestirn: die Heliosphäre. Zusammen mit der aus dem Interstellaren Medium eindringenden kosmischen Partikelstrahlung prägt der Sonnenwind die Entwicklung des Weltraumwetters im Interplanetaren Raum sowie in den Magnetosphären und Ionosphären der Planeten. Wie entstehen Kometenschweife und Polarlichter? Welchen Einfluss hat der Sonnenwind auf das Leben im Erdsystem?
Unterstützt durch faszinierende Abbildungen astronomischer Himmelsobjekte, durch erklärende Grafiken, wissenschaftliche Originaldaten sowie durch die Verknüpfungshinweise zu Videosequenzen werden die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse und neuesten Erkenntnisse didaktisch aufbereitet und mit wenigen mathematischen Herleitungen anschaulich erläutert. Dieses Sachbuch wendet sich allgemein an die gebildete Öffentlichkeit, an Amateurastronomen aber auch an junge Studierende, die sich einen umfassenden Überblick über die generelle Bedeutung magnetischer Vorgänge sowie ein tieferes Verständnis der Prozesse in den Weltraumplasmen unseres Sonnensystems verschaffen möchten.
Author(s): Ulrich von Kusserow; Eckart Marsch
Publisher: Springer
Year: 2023
Language: German
Pages: 469
Persönliches von Ulrich von Kusserow zur Entwicklungsgeschichte dieses Buches
Geleitwort
Danksagung
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1 Das Sonnensystem und die Heliosphäre
1.1 Eigenschaften des Sonnensystems
1.2 Dynamoprozesse und magnetische Eigenschaften
1.3 Der Einfluss der Sonne auf die Heliosphäre
1.4 Zur Erforschung des heliosphärischen Weltraumwetters
Weiterführende Literatur
2 Erforschung der Sonne und Heliosphäre
2.1 Kurze Geschichte magnetischer Phänomene und Prozesse im Sonnensystem
2.2 Observatorien im Weltraum und auf der Erde
2.2.1 Kurze Geschichte der Weltraummissionen
2.2.2 Bodengebundene, ballongetragene und von Raketen aus beobachtende Sonnenteleskope
2.3 Menschen und ihre Forschungsmethoden
2.4 Einige Messinstrumente und Messtechniken
2.4.1 Allgemeine Bemerkungen
2.4.2 Messungen von Teilchen
2.4.3 Messungen von Feldern
2.4.4 Messungen von Photonen
2.5 Analytische Modellierung und numerische Simulation
Weiterführende Literatur
3 Die magnetisch aktive Sonne
3.1 Magnetische Sonnenphänomene
3.2 Der innere Aufbau und die Atmosphärenschichten der Sonne
3.2.1 Ein Blick in das Sonneninnere
3.2.2 Sonnenphänomene in den solaren Atmosphärenschichten
3.3 Magnetische Sonnenflecken und solare Aktivitätszyklen
3.3.1 Sonnenflecken und Fackelgebiete im photosphärischen Netzwerk
3.3.2 Sonnenflecken im chromosphärischen Netzwerk und in der Korona
3.3.3 Über die Entstehung der Sonnenflecken
3.3.4 Entwicklung der Sonnenfleckenrelativzahl und magnetischer Flussdichten im Verlauf der 11- bzw. 22-jährigen Aktivitätszyklen
3.3.5 Die passive und aktive Sonne
3.4 Erzeugung solarer Magnetfelder in Dynamoprozessen
3.4.1 Das dynamoelektrische Prinzip des Werner von Siemens
3.4.2 Zur Realisierung kosmischer Dynamoprozesse
3.4.3 Zur Wirkungsweise des Sonnendynamos
3.4.4 Das α-Ω-Dynamo-Modell
3.4.5 Das Flusstransport-Dynamomodell
3.5 Chromosphärisches Netzwerk, Spikulen und Tornados
3.5.1 Chromosphärische Spikulen
3.5.2 Atmosphärische Heizung durch chromosphärische Tornados
3.5.3 Solare Gaswolken über dem Sonnenrand
3.6 Protuberanzen und koronale Magnetfeldstrukturen
3.6.1 Protuberanzen und Filamente
3.6.2 Feldstrukturentwicklungen in Protuberanzen
3.6.3 Die instabile Grand-Daddy-Heckenprotuberanz
3.7 Flares, solare Eruptionen und koronale Masseauswürfe
3.7.1 Freisetzung magnetischer Energien in Flare-Prozessen
3.7.2 Eruptionen solarer Protuberanzen
3.7.3 Koronale Masseauswürfe
3.8 Zur Aufheizung der solaren Atmosphärenschichten
Weiterführende Literatur
4 Der Sonnenwind im Weltraum
4.1 Historische Bemerkungen
4.2 Sonnenwind und Heliosphäre
4.2.1 Regionen der Heliosphäre
4.2.2 Am Rande von Heliosphäre und Sonnensystem
4.3 Eigenschaften des Sonnenwinds und ihre Variationen im Verlauf des Sonnenzyklus
4.3.1 Fundamentale Parameter
4.3.2 Räumliche Variationen
4.3.3 Zeitliche Variationen mit dem Sonnenzyklus
4.4 Die Quellen des Sonnenwinds in der Sonnenkorona
4.4.1 Großräumige Quellen in der Korona
4.4.2 Kleinräumige Quellen im chromosphärischen Netzwerk
4.4.3 Kurze Zusammenfassung
4.5 Heizung der Korona und Beschleunigung des Sonnenwinds
4.5.1 Temperaturen und das Heizungsproblem der Sonnenatmosphäre
4.5.2 Zur Beschleunigung des Sonnenwinds
4.5.3 Koronale Masseauswürfe
4.5.4 Zur Heizung der Sonnenkorona
4.5.5 Zur Beschleunigung schwerer Ionen
4.6 Die dynamische Heliosphäre
4.6.1 Turbulenzen und Wellen im Sonnenwind
4.6.2 Stoßwellen und Diskontinuitäten im Sonnenwind
4.7 Mikroskopische Prozesse im Sonnenwind
4.7.1 Allgemeine Betrachtungen
4.7.2 Geschwindigkeitsverteilungen und grundlegende Begriffe
4.7.3 Charakteristische Längen und Zeiten im Sonnenwind
4.7.4 Verteilungsfunktionen von Elektronen
4.7.5 Verteilungsfunktionen der Protonen
4.7.6 Plasmamikroinstabilitäten
4.7.7 Schwere Ionen im Sonnenwind
Weiterführende Literatur
5 Parker Solar Probe und Solar Orbiter
5.1 Neue Epoche in der Erforschung der inneren Heliosphäre
5.2 Wissenschaftliche Ziele und Instrumente von Parker Solar Probe
5.2.1 Wissenschaftliche Fragen
5.2.2 Wissenschaftliche Instrumente
5.3 Wissenschaftliche Ziele und Instrumente von Solar Orbiter
5.3.1 Wissenschaftliche Fragen
5.3.2 Wissenschaftliche Instrumente
5.4 Erste Ergebnisse der Missionen
5.4.1 Sonnenwindaufnahmen mit WISPR
5.4.2 Wellen und Turbulenz im Sonnenwind
5.4.3 Magnetfeldumkehrungen
5.4.4 Lagerfeuer im ultravioletten Licht
5.4.5 Ultraviolettes Linienspektrum der Sonnenatmosphäre
5.4.6 Bestimmung der Geschwindigkeit des Sonnenwinds
5.4.7 Neuigkeiten von PSP und SO
Weiterführende Informationen im Internet
6 Hindernisse im Sonnenwind
6.1 Bugstoßwellen vor magnetischen Hindernissen
6.2 Magnetosphären und Ionosphären der Planeten und Monde als Hindernisse
6.3 Asteroiden und Kometen als Hindernisse
6.4 Interstellare Teilchen als Hindernisse
Weiterführende Literatur
7 Kometen und ihre Schweife
7.1 Ausbildung der Kometenkoma
7.2 Kometenschweife in großer Sonnennähe
7.3 Fragmentation des Kometenkerns und Schweifabrisse
7.4 Aktivitäten im Kometenkern
Weiterführende Literatur
8 Magnetosphären, Ionosphären und Polarlichter
8.1 Historisches
8.2 Die Planeten mit dynamogenerierten Magnetosphären
8.3 Die Erde im Sonnenwind
8.3.1 Erzeugung der erdmagnetosphärischen Felder
8.3.2 Funktionsprinzip des Geodynamos
8.3.3 Exkursionen und Umpolungen des Erdmagnetfelds
8.3.4 Strukturen und Stromsysteme der Erdmagnetosphäre
8.3.5 Über die Entstehung der Polarlichter
8.3.6 Erdmagnetische Teilstürme
8.4 Magnetfeldeigenschaften anderer Planeten
8.4.1 Merkurs Magnetfeld in großer Sonnennähe
8.4.2 Die induzierte Magnetosphäre der Venus
8.4.3 Das Krustenmagnetfeld des Erdmonds
8.4.4 Elektrische Ströme und Magnetfelder auf dem Mars
8.4.5 Dynamoprozesse im Inneren des Jupiters
8.4.6 Einfluss von Magnetfeldern auf die Ringstrukturen des Saturns
8.5 Strahlungsgürtel und Polarlichter anderer Planeten
8.5.1 Strahlungsgürtel und Polarlichter des Jupiters
8.5.2 Polarlichter des Saturns
8.5.3 Strahlungsgürtel und Polarlichter durch bzw. auf Monden der Gasplaneten
8.5.4 Die Polarlichter der Eisplaneten
8.6 Bedeutung der Erforschung planetarer Magnetosphären und Ionosphären
8.6.1 Warum die Magnetosphären erforscht werden
8.6.2 Über die Bedeutung der Ionosphären
Weiterführende Literatur
9 Erforschung des Weltraumwetters
9.1 Weltraumwetter in der Heliosphäre und Umgebung der Erde
9.1.1 Wetter und Klima im Weltraum und auf der Erde
9.1.2 Das Weltraumwetter bestimmende Faktoren
9.2 Vorstellung exemplarischer Weltraumwetterereignisse
9.2.1 Koronale Masseauswürfe
9.2.2 Solare energiereiche Teilchen
9.2.3 Kosmische Strahlung in der Heliosphäre
9.3 Weltraumwetter und Erdmagnetosphäre
9.3.1 Erdmagnetische Stürme
9.3.2 Strahlenbelastung in den Van-Allen-Gürteln
9.4 Auswirkungen des Weltraumwetters
9.4.1 Auswirkungen auf das Erdsystem
9.4.2 Konsequenzen des Weltraumwetters für unsere technische Umwelt
9.4.3 Direkte Konsequenzen des Weltraumwetters für uns Menschen
9.5 Aufgaben und konkrete Arbeiten der Weltraumwetter-Vorhersagezentren
9.5.1 Vorhersagen zur Entwicklung des Weltraumwetters
9.5.2 Bewusstmachung des Zustands unserer Weltraumumgebung
9.5.3 Numerische Simulationen des Weltraumwetters
9.5.4 Einige Schutzvorkehrungen gegen Auswirkungen des Weltraumwetters
9.6 Bemannte Raumfahrt und die Auswirkungen des Weltraumwetters auf Mond und Mars
9.6.1 Schutzvorkehrungen für Astronauten auf Raumflügen
9.6.2 Gefahren durch das Weltraumwetter auf dem Mond
9.7 Heliobiologie – Über den möglichen Einfluss des Weltraumwetters auf die menschliche Gesundheit
Weiterführende Literatur
10 Mögliche Auswirkungen des Weltraumwetters auf das Erdklima
10.1 Treibhausgase und der Klimawandel
10.2 Temperaturschwankungen im Rhythmus der Milanković-Zyklen
10.3 Sonne und Erde im Strahlungsgleichgewicht
10.4 Über die Vielfalt der Klimafaktoren
10.5 Kosmische Klimaeinflussfaktoren
Weiterführende Literatur
Epilog
A Zur Geschichte der Entdeckung solarer und heliosphärischer Prozesse
Glossar
Weiterführende Literatur
Stichwortverzeichnis
