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(00168) 20.06.2001 12:50

Den magnetischen Sonnenfeldern auf der Spur


Bochum, 20.06.2001
Nr. 169


Gewaltige Energieausbrüche auf der Sonne ...
... beeinflussen auch unser Leben auf der Erde
VW-Stiftung fördert Nachwuchsforschergruppe an der RUB


Wenn das Fernsehbild flimmert und die Telefonleitung gestört
ist, muss nicht unbedingt die Technik versagt haben –
gewaltige Energieausbrüche auf der Sonne, so genannte solar
flares, könnten die Ursache dafür sein. Auf unserem
Tagesgestirn entladen sich Magnetfelder, wobei soviel
Energie freigesetzt wird wie bei der Detonation mehrerer
Millionen Atombomben. Eine Nachwuchsforschergruppe der RUB,
die seit 1998 von der VolkswagenStiftung gefördert wird,
entwickelt am Computer mathematische Modelle, um die
Funktionsweise der Magnetfelder zu beschreiben
(„Topologische Struktur elektromagnetischer Felder in
leitenden Fluiden“, Leitung: Dr. Gunnar Hornig, Institut für
Theoretische Physik). Mit ersten Erfolgen: Ihr ist es
bereits gelungen, einige der bisherigen Formeln zu
verbessern.

Selbstorganisation der Materie

Wo der Sonnenwind auf das Magnetfeld der Erde trifft, werden
Teilchen beschleunigt, die wiederum in den Polarregionen zu
den Nordlichtern (Aurora) und so genannten geomagnetischen
Stürmen führen. Auch in entfernteren Objekten, z. B.
Pulsaren, Galaxien und protogalaktischen Wolken, mehren sich
die Hinweise, dass Magnetfelder nach der Gravitation den
größten Einfluss haben auf die Selbstorganisation der
Materie. Diesem Phänomen ist die Nachwuchsforschergruppe der
RUB auf der Spur: Sie will die Funktionsweise dieser
Magnetfelder untersuchen und damit einer der größten
Kraftquellen des Universums eine höhere Aufmerksamkeit
zukommen lassen.

Verknotungen und Verknüpfungen

Der Schlüssel dazu liegt in ionisierter Materie, dem Plasma,
das mit wenigen Ausnahmen überall im Universum vorliegt,
wenn auch in sehr verschiedenen Zuständen -  von extrem
heißen und dichten Plasmen bis zu stark verdünnten, nur
teilweise ionisierten Plasmen. Darin sind die Magnetfelder
eingebettet. Eine Fluid-Theorie, die so genannte
Magnetohydrodynamik, beschreibt das Plasma als ein
elektrisch gut leitendes Fluid, in dem durch die Strömung
magnetische Felder erzeugt werden können, die dann wiederum
durch Kräfte, die so genannten Lorentz-Kräfte, auf das
Plasma rückwirken. Durch diese Wechselwirkung zwischen
Plasma und Magnetfeld kann eine beeindruckende Vielfalt von
Strukturen entstehen, die oft Verknotungen oder
Verknüpfungen des magnetischen Flusses zeigen. Diese
komplexen Feldstrukturen können enorme Mengen an Energie
speichern.

Dramatische Eruptionen

Eine typische Eigenschaft astrophysikalischer Plasmen ist,
dass die Dynamik dieser Strukturen aus einem Wechselspiel
besteht von idealem Verhalten, bei dem sich das Plasma nur
unter Erhaltung aller Verknüpfungen (Erhaltung der
Topologie) bewegt, und einer Art Aufreißen der magnetischen
Struktur, der so genannten magnetischen Rekonnexion. Dabei
bricht der magnetische Fluss auf und verbindet sich neu
(engl. “re-connects“) - ein Prozess, der oft von
dramatischen Eruptionen begleitet ist und der große
Energiemengen freisetzen kann. Solche Vorgänge lassen sich
sehr gut auf der Oberfläche unsere Sonne verfolgen, wie die
jüngsten, beeindruckenden Beobachtungen durch die Satelliten
Yohkoh, SOHO und TRACE zeigen. Sie spielen auch eine
zentrale Rolle für die unmittelbare Umgebung der Erde.

Mathematische Modelle entwickeln ...

In der Gruppe arbeiten junge Forscher interdisziplinär auf
einem Gebiet zwischen Mathematik und Physik. Für die
Bochumer Wissenschaftler scheint die Sonne allerdings im
Computer. Im Gegensatz zu den klassischen Astronomen
beobachten sie die Sonne nicht direkt. Ihre Aufgabe ist,
mathematische Modelle zu entwickeln, mit deren Hilfe sich
die Funktionsweise der Magnetfelder beschreiben lässt. Sie
bedienen sich dabei einer Theorie, deren Anfänge auf den
berühmten Mathematiker Gauss im Jahr 1833 zurückreichen: der
mathematischen Knotentheorie. Neu ist, dass sie diese mit
Ansätzen der Differentialgeometrie kombinieren und anwenden
auf die magnetischen Felder in astrophysikalischen Plasmen.

... und optimieren

Mit ersten Erfolgen: Den Forschern ist es bereits gelungen,
einige der bisherigen Formeln zu verbessern. Die
Nachwuchsgruppe will einen kompletten Satz an mathematischen
Berechnungsgrößen entwickeln. Dabei haben sie auch eine
Möglichkeit gefunden, eine Invariante darzustellen, die
einen bestimmten Typ von Verknotung magnetischer Feldlinien
misst.

Den Nachwuchs fördern

Mit ihrem Programm „Nachwuchsgruppen an Universitäten“ gibt
die Volkswagenstiftung jungen, herausragend qualifizierten
Wissenschaftlern die Möglichkeit, frühzeitig eigenständige
Forschung zu betreiben – auf vorwiegend neuen Gebieten, die
zwischen den Disziplinen angesiedelt sind. Charakteristikum
dieser Förderinitiative ist, dass die jungen Forscherinnen
und Forscher ihre Arbeitsgruppen selbständig leiten.

Weitere Informationen

Dr. Gunnar Hornig, Topologische Fluiddynamik, Institut für
Theoretische Physik, Fakultät für Physik und Astronomie der
RUB, NB 7/31, Tel. 0234/32-23799, Fax: 0234/32-14177, eMail:
gh@tp4.ruhr-uni-bochum.de

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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 32-22830, -23930
Fax: + 49 234 32-14136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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