# Presentation: 871070

## Slide 1

## Ein besonderes Auge für die Sonne: SOHO   Unser Tagesgestirn und sein Einfluss auf die Erde

**Einleitung**
**Sonne und Erde**
**SOHO**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt?**
**... ****und wir auf der Erde?**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

**Einleitung**
**Sonne und Erde**
**SOHO**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt?**
**... ****und wir auf der Erde?**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

**Einleitung**
**Sonne und Erde**
**Die Sonn – innen und au****ßen**
**Aktivit****ät, Magnetismus, Sonnenflecken**
**Was, wie, wo?**
**Korona**
**SOHO**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt?**
**... ****und wir auf der Erde?**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

## Die Sonne – das Tagesgestirn

- Die Sonne ist einer von 100 Milliarden Sternen in unserer Milchstrasse.
- Sie liegt in einem Spiralarm der Milchstrasse — etwa 30’000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt.
- Sie umkreist die Milchstrasse alle 250 Millionen Jahre einmal (230 km/s)
- In der Mythologie spielt das Tagesgestirn eine grosse Rolle.
- Die Sonne enthält 78% Wasserstoff und 20% Helium; die übrigen 90 chemischen Elemente machen nur 2% aus.
- 99.86% der Masse des Sonnensystems sind in der Sonne enthalten.
- Die Sonne strahlt in jeder Sekunde das Äquivalent von 100 Milliarden Tonnen TNT ab.

## Die Sonne – innen und aussen

_** **__**Konvektionszone**_
- Energie wird hier, wie in einer kochende Suppe, transportiert
_** **__**Strahlungszone**_
- Photonen transportieren die Energie; sie sind etwa 	  1 Million Jahre unterwegs.
_**Kernzone**_** **
- hier wird Energie durch Fusion von Wasserstoff zu Helium erzeugt.

## Sonnenflecken

**Sonnenflecken**

**Dunkle Flecken  (umbra, penumbra)**
**Sitz starker Magnetfelder****	**
**unterdr****ücken Energietransport aus dem Sonneninnern**
**k****ühlere Gebiete, und daher dunkler**

**H****äufigkeit variiert mit dem 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus**

***“******Nah-Aufnahme” eines Sonnenflecks***

***Helle und dunkle Gebiete in diesem “Magnetogramm” weisen auf das Vorhandensein starker Magnetfelder hin. ***

## Zyklus der Sonnenfleckenzahl

**Zyklus der Sonnenfleckenzahl**

**Maunder minimum**

## Sonnenaktivität 1992-1999

**1992**

**1999**

**Kitt Peak Magnetogramme**

**Yohkoh, weiche Röntgenstrahlung**

## Vom Minimum zum Maximum

## Die Rolle des Magnetfelds

**Die Rolle des Magnetfelds**

- Die äussere **Sonnen-atmosphäre** wird von Magnetfeldern geprägt
**Rote Pfeile** stellen offene Magnetfeldlinien dar
- Die hellen aktiven Gebiete haben **(gelb gezeichnete)** ‘geschlossene’ Magnetfeldlinien
**Graue Pfeile** stellen Teilchen des Sonnenwinds dar, die Magnetfeldlinien ‘mitnehmen’

## Korona

**Korona**

**Über der Sonnen-oberfläche ****(5000 **o**C)**** liegt die Korona       ****(2 Millionen **o**C)****. **
**Was den grossen Temperaturanstieg verursacht bleibt bis heute ein Rätsel.**** **

**5000 ****o ****C**

**2‘000‘000 ****o**** ****C**

*The black circle divides two images.*

**Korona**

**Sonnen-Inneres**

**Oberfläche**

## Sonnenwind

**Sonnenwind**

**Der Sonnenwind ist ein Strom von sehr dünnem Gas****	**
**Temperatur: ca. 1 Million**** Grad**** ****	****	**
**Geschwindigkeit etwa** **450 km/s**
**Er formt die Magnetosphäre (weisser Kreis).**
**... ****und breitet sich bis****	****	****	****	****	****	****	****        ****weit über Plutos Bahn ****	****	****	****	****	****	****	****	**** — vermutlich bis****	****	****	****	****	****	****	****	**** zu 100 AU — aus.****	**

**Einleitung**
**Sonne und Erde**
**SOHO**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt?**
**... ****und wir auf der Erde?**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

## SOHO – die Mission

**Gemeinsame Mission von ESA und NASA: ****	****	****	****	****	****	****    **_**Federführung: ESA, Juniorpartner: NASA**_
**Satellit in Europa gebaut. Start und Betrieb in USA.**
**Beobachtungs-Instrumente von Universitäten und Forschungsinstituten (9 EU, 3 US) gebaut und betrieben.****	****	****	****	****	****	****	****	**

**Start am  2. Dezember 1995**

## Wissenschaftliche Zielsetzungen

_**Sonneninneres:**_** Struktur und Dynamik?**
_**Korona:**_** warum existiert sie, und wie wird sie geheizt?**
_**Sonnenwind:**_** wo wird er beschleunigt, wie?**

## Wissenschafter stellen Instrumente in Echtzeit ein 
Daten erscheinen unmittelbar auf den Bildschirmen der Beobachter
Koordinierte Beobachtungen
SOHO-intern: Planungssitzungen — jedes Quartal, wöchentlich und täglich
Mit andern Satelliten und mit erdgebundenen Observatorien: Kampagnen und Simultanbeobachtungen; Koordination und Datenaustausch via Internet

**Daten erscheinen unmittelbar auf den Bildschirmen der Beobachter**
_**Koordinierte Beobachtungen**_
**SOHO-intern: Planungssitzungen — jedes Quartal, wöchentlich und täglich**
**Mit andern Satelliten und mit erdgebundenen Observatorien: Kampagnen und Simultanbeobachtungen; Koordination und Datenaustausch via Internet**

**Mit SOHO beobachten**

**Einleitung**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt? (einige Beispiele)**
**ins Innere der Sonne schauen - Helioseismologie**
**ein Spaziergang um die Sonne herum**
**und da kreucht und fleucht ...**
**auf der Sonne**
**in die Umgebung, die sogenannten Heliosph****äre, hinein**
**... ****und wir auf der Erde?**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

**Einleitung**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt? (einige Beispiele)**
**ins Innere der Sonne schauen - Helioseismologie**
**ein Spaziergang um die Sonne herum**
**und da kreucht und fleucht ...**
**auf der Sonne**
**in die Umgebung, die sogenannten Heliosph****äre, hinein**
**... ****und wir auf der Erde?**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

## Helioseismologie — Erdbebenkunde, auf die Sonne übertragen

**Die Sonne schwingt als Ganzes**
**Akustische Wellen pflanzen sich von der einen Seite der Sonne zur andern fort – die Oberfläche steigt und sinkt entsprechend**
**Die Wellen werden durch Dichte & Temperatur in der Sonne beeinflusst **
**Mithin erlauben uns die Oberflächen-Bewegungen, ins Innere zu ‘sehen’**

- (Frequenz um Faktor 42000 erhöht)

**Die Sonne singt!**

##  Im Innern der Sonne:  Struktur                  	                                 Rotation

**Schallgeschwindigkeit**

**Konvektionszone: differentielle Rotation**
**Strahlungszone: fast ein starrer Körper**

## Der Pulse der Sonne

**Die Rotationsgeschwindigkeit am unteren Rande der Konvektionszone (wei****ße Linie)****, dem wahrscheinlichen Sitz des solaren Dynamos, variiert erheblich ****über 6 Monate.**
**Schnellere****/langsamere Rotation in ****rot****/blau. **
**Oberfl****äche: Bänder ****schnellerer**** und ****langsamerer**** Rotation bewegen sich auf den Äquator zu. **** **

## Distanz-Zeit Helioseismologie

**Eine verfeinerte Methode**
**Die ersten Bilder der Verhältnisse in einer stellaren Konvektionszone **
**Struktur unter einem Sonnenfleck**

##  Einleitung 
 Resultate
 was haben wir gelernt? 
 ins Innere der Sonne schauen — Helioseismologie
 ein Spaziergang um die Sonne herum 
 was da kreucht und fleucht ...
 auf der Sonne
 in die Umgebung, die sog. Heliosphäre, hinein
 ... und wir auf der Erde?
 Zusammenfassung & Schluss

** ****Resultate**
** ****was haben wir gelernt?**** **
** ****ins Innere der Sonne schauen — Helioseismologie**
** ****ein Spaziergang um die Sonne herum **
** ****was da kreucht und fleucht ...**
** ****auf der Sonne**
** ****in die Umgebung, die sog. Heliosphäre, hinein**
** ****... ****und wir auf der Erde?**
** ****Zusammenfassung & Schluss**

**Ein besonderes Auge für die Sonne **** ****– das Sonnen- & Heliosphären Observatorium**** SOHO**

## Die Schönheit der Sonne EIT He II 304 Å 27 Juli 1999

## ... magnetische Schleifen ...

## 3 Wochen EIT Beobachtungen

**Fe XII 195 Å (1’500’000 K)  17. Mai - 8. Juni 1998**

**IMAX Film: SOLARMAX**
**40-minütiger Dokumentar-film — von der Sonnen-verehrung in vorgeschicht-licher Zeit bis zur heutigen Spitzenforschung.**
**Weltpremière im Sommer 2000 in London; jetzt in einem Lichtspieltheater in Ihrer Nähe!**

## Transition Region & Corona Explorer (TRACE)... aus SOHO-Bauteilen zusammengesetzt

## “Flares”

**“****Sonnenbeben” beobachtet mit SOHO/MDI**

**Flare beobachtet mit TRACE**

##  Einleitung 
 Resultate
 was haben wir gelernt? 
 ins Innere der Sonne schauen — Helioseismologie
 ein Spaziergang um die Sonne herum 
 was da kreucht und fleucht ...
 auf der Sonne
 in die Umgebung, die sog. Heliosphäre, hinein
 ... und wir auf der Erde?
 Zusammenfassung & Schluss

** ****Resultate**
** ****was haben wir gelernt?**** **
** ****ins Innere der Sonne schauen — Helioseismologie**
** ****ein Spaziergang um die Sonne herum **
** ****was da kreucht und fleucht ...**
** ****auf der Sonne**
** ****in die Umgebung, die sog. Heliosphäre, hinein**
** ****... ****und wir auf der Erde?**
** ****Zusammenfassung & Schluss**

**Ein besonderes Auge für die Sonne **** ****– das Sonnen- & Heliosphären Observatorium**** SOHO**

## EUV Spektroskopie mit SOHO

**Aus Wellenlänge, Intensität und Profil der Spektrallinien lassen sich die physikalischen Eigen-schaften der Sonnenatmosphäre bestimmen:**
** ****Temperatur**
** ****Dichte**
** ****Geschwindigkeiten**

##  Plasmaströmungen in aktiven Gebieten

** ****Plasmaströmungen in aktiven Gebieten**

## Koronaheizung —Knüpfen eines magnetischen Teppichs

**Der magnetische  Fluss, der an die Oberfläche kommt, verschwindet in 40 Stunden wieder.**

- In jeder Schleife steckt die Energie, 	die ein grosses Wasserkraftwerk in einer Million Jahren erzeugen würde

## Temperatur der Korona

- Linienbreiten (d.h. „thermische“ Geschwindigkeiten :
- O V  übersteigt bei 3.5 Sonnenradien 500 km/s, dies entspricht einer Temperatur  > 200 Millionen K
- _Wir beobachten:_				- kalte Elektronen (SUMER)	- heisse Protonen (UVCS)		- superheisse schwerere Ionen 	  (UVCS)
- dies ist _konsistent mit Wellenheizung_ durch
- _Ionen-Zyklotron__ __Resonanz_

##      Wie wird der schnelle Sonnenwind beschleunigt?

-  **Protonen und schwere Ionen werden in der inneren Korona auf verschiedeneGeschwindigkeiten beschleunigt. **
** ****O****5+  ****Ionen erreichen bei 3.5 Sonnenradien**** ****Geschwindigkeiten von über 500 km/s **

- Beschleunigung des schnellen Sonnenwinds

## Quellgebiete desschnellen Sonnenwinds

**Spektroskopische Beobachtungen in einem Koronaloch (Ne VIII 770****Å, 650 000 K)**
**Zeigt Blauverschiebungen (Ausströmen) im Koronaloch; aber Rotverschiebungen ausserhalb**
**Das Ausströmen findet entlang dem ‘Netzwerk’ statt **
**“****wie das Gras zwischen Wegplatten im Garten hervorspriesst”**

**UV Spektrometer (SUMER)**** **

- Wie man es sich vorstellen kann

**Strömungsrichtung  (Dopplergramm)**

## Chemische und Isotopen-Zusammensetzung des Sonnenwinds

- SOHO hat die Anzahl von chemischen Elementen und Isotopen, die im Sonnenwind beobachtet worden sind, verdoppelt!

- _ROT:_**	**
**Neue Elemente/Isotopen**
- _GRÜN:_**	**
**Bisher wenige Daten**
- _SCHWARZ:_
** ****Routine-Beobachtungen**

##  Einleitung 
 Resultate
 was haben wir gelernt? 
 ins Innere der Sonne schauen — Helioseismologie
 ein Spaziergang um die Sonne herum 
 was da kreucht und fleucht ...
 auf der Sonne
 in die Umgebung, die sog. Heliosphäre, hinein
 ... und wir auf der Erde?
 Zusammenfassung & Schluss

** ****Resultate**
** ****was haben wir gelernt?**** **
** ****ins Innere der Sonne schauen — Helioseismologie**
** ****ein Spaziergang um die Sonne herum **
** ****was da kreucht und fleucht ...**
** ****auf der Sonne**
** ****in die Umgebung, die sog. Heliosphäre, hinein**
** ****... ****und wir auf der Erde?**
** ****Zusammenfassung & Schluss**

**Ein besonderes Auge für die Sonne **** ****– das Sonnen- & Heliosphären Observatorium**** SOHO**

## Protuberanzen lösen sich ab

*Die Sonne hat eine grossartige Idee:* die Glühbirne

## Massenauswürfe haben viele Gesichter

##         Häufigkeit koronaler Massenauswürfe

**Im Aktivit****ätsmaximum sind CMEs ca. 10-mal häufiger als im Aktivitätsminimum.**

## Das Ereignis vom 14. Juli 2000

## Das Ereignis vom 14. Juli 2000

## Das Ereignis vom 14. Juli 2000

##      Die größte Sonnenfleckengruppe in 10 Jahren

- ALASKA (Zimmerman)

- Nice (Benvenuto)

**AR 9393 entwickelte eine komplexe Magnetfeldkonfiguration**
**Am 29. M****ärz wurde ein X-flare und koronaler Massenauswurf beobachtet, der 2 Tage später einen starken magnetischen Sturm ****verursachte**
**Polarlichter waren sichtbar bis weit nach S****üdeuropa**

##      Der größte Röntgen-Flare	

**2. April 2001, 21:51 UT**
**AR 9393**
**Klassifikation: X-20 **
**Rekord seit Beginn der Messungen in 1976**

**Einleitung**
**Sonne und Erde**
**SOHO**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt?**
**... ****und wir auf der Erde?**
** ****Weltraumwetter**
** ****Klima**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

## ... und wir auf der Erde?

- wie und warum verändert sich die Sonne?
- wie reagiert die Erde?
- ... und wie	 	       beeinflusst                                 dies die 			   Menschheit?

## Aurora Borealis — Nordlicht (& Südlicht)

## Weltraumwetter — was ist das?

- WELTRAUMWETTER  befasst sich mit  Verhältnissen auf der Sonne, im Sonnenwind, in der Magneto-, Iono- und Thermosphäre, die die Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit technischer Systeme  im Weltraum  und auf dem Boden, wie auch Gesundheit und das Leben überhaupt beeinträchtigen können.
**Der Einfluss von “Weltraumwetter” auf Installationen auf der Erde ist nichts Neues:**
- 17. November 1848: Unterbruch der Telegraph-								verbindung zwischen Pisa und Florenz
- September 1851: Unterbruch von Telegraph-								verbindungen in Neu England
- Induzierte Ströme ermöglichten es, Telegraph-						verbindungen ohne Batterien aufrechtzuerhalten. 					Transkription einer Verbindung zwischen 						Portland (Maine) und Boston (1859):
- Portland: „Nehmen Sie bitte Ihre Batterie 						     vom Netz weg, wir wollen sehen ob wir 						       mit Nordlicht-Strömen allein arbeiten können“
- Boston: „ Das habe ich bereits getan! 						      Wie empfangen Sie meine Signale?”
- Portland: „Ausgezeichnet —  							       besser als mit den Batterien“

## Transformator- Schaden

- _10 Millionen$ Schadensumme!_ In einem Elektrizitätswerk in Delaware NJ wurde im März 1989 ein Transformator beschädigt.
- Im April 1994 haben fünf Transformatoren bei Chicago wegen erhöhter geomagnetischer Aktivität versagt.** **

## Satelliten-Störfälle infolge von  „Wetter“-Einflüssen

- Anomalien wegen elektrischer Aufladung 		(Marecs, ECS, Meteosat, TELE-X,.....)
- Störfälle wegen Elektronik-„latch-up“			(ESR-1, PRARE, Equator-S,.....)
- „Single Event Upsets“ (Anik 1 & 2)
**Neuliche Satellitenstörfälle:**
- Telestar 401 (11. Jan. 1997, TV Verbindungen etc)
- Galaxy IV (1998, legte 80% der „Pager“ in Nordamerika 	lahm)
- Mindestens 12 Satelliten sind durch Einflüsse von Weltraumwetter verloren gegangen und die Verluste in den letzten 4 Jahren haben 500 Millionen $ wahrscheinlich überstiegen
_**Kommerzielle Interessen stehen einer offenen Information bei Störfällen oft im Wege!**_

## Heute hängt unsere Gesellschaft wesentlich stärker 		von der Technologie ab.
Die am schnellsten wachsende Sparte der  Telekommunikation 	ist Satelliten-gestützt
Fernsehen, Rundfunk, 
Fernsprecher, Mobiltelephone, „Pagers“
Internet, Bankgeschäfte
Höher entwickelte Technologie
Empfindlichere Nutzlasten
Hochleistungs-Bauteile
Leichtbau, geringer Aufwand
Menschen im Weltraum
Zahlreichere und längere 				Missionen
In  Zukunft werden 			 Warnungen betr.                             Weltraumwetter 	für 		                    unsere Gesellschaft 				 stets wichtiger werden.

**Die am schnellsten wachsende Sparte der  Telekommunikation ****	****ist Satelliten-gestützt**
**Fernsehen, Rundfunk, **
**Fernsprecher, Mobiltelephone, „Pagers“**
**Internet, Bankgeschäfte**
**Höher entwickelte Technologie**
**Empfindlichere Nutzlasten**
**Hochleistungs-Bauteile**
**Leichtbau, geringer Aufwand**
**Menschen im Weltraum**
**Zahlreichere und längere ****	****	****	****	****Missionen**
**In  Zukunft werden ****	****	****	**** Warnungen betr.****                             ****Weltraumwetter ****	****für ****	****	****                    ****unsere Gesellschaft ****	****	****	****	**** stets wichtiger werden.**

**Was sollen wir uns ums Weltraumwetter scheren?  ****Das letzte Sonnenflecken-Maximum haben wir ja auch überlebt.**

**Einleitung**
**Sonne und Erde**
**SOHO**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt?**
**... ****und wir auf der Erde?**
** ****Weltraumwetter**
** ****Klima**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

## Der Sonnenfleckenzyklen und Klimaveränderungen

** ****11 Jahre: Schwabe **
** ****22 Jahre: Magnetic cycle**
** ****80-90 Jahre: Gleissberg**
** ****180-210 Jahre: Seuss**

## Solare Bestrahlungsstärke —           die Solar‘konstante’

**Das VIRGO-Instrument auf SOHO misst die gesamte Einstrahlung der Sonne bei der Erde: die sogenannte **_**Solarkonstante**_**. **
**Andere Instrumente messen den ultravioletten Strahlungsanteil**** **

## Sonne und globale Erwärmung 

**Sonne und globale Erwärmung**** **

**Langfristige Veränderung der Gesamteinstrahlung**
- Kann höchstens einen Teil der globalen Erwärmung erklären
**Langfristige Veränderungen der Ultraviolett-Strahlung:**
- Änderungen in der Chemie (Ozon), Temperatur etc. in der                        Erdatmosphäre könnten zu Klimaveränderungen führen
**Langfristige Änderung****	****	****	****	****	****	****        des Magnetfelds der Sonne**
- Moduliert die kosmische Strahlung 					        und den Sonnenwind

**1991**

**1994**

## Der magnetische Fluss der Sonne

**Es gibt Hinweise darauf, dass der solare Magnetfluss seit 1901 um einen Faktor 2.3 zugenommen hat**
**Ein damit verbundener Anstieg der Solar-‚Konstante‘ würde**
**52% des Temperaturanstiegs zwischen 1910 und 1960 **
**31% des Anstiegs seit 1970**** **erklären.

## Kosmische Strahlung und Wolken

**Die Sonnenaktivität, bzw. das Magnetfeld der Sonne ändert den Anteil an kosmischer Strahlung, der ins Sonnensystem (und die Erdatmosphäre) eindringt**
**Kosmische Strahlung und niedrige Wolken ****	****	****	****	****sind stark korreliert — und globale ****	****	****	****	****Wolkenbedeckung steuert das Klima.**

**Einleitung**
**Sonne und Erde**
**SOHO**
**Resultate**
**Was haben wir gelernt?**
**... ****und wir auf der Erde?**
**Zusammenfassung & Schlu****ß**

## Warum ändert sich 								 die Sonne? 
Solares Dynamo
Atmosphäre
Heliosphäre

Wie beeinflusst eine 								veränderliche Sonne								Leben und Gesellschaft? 
Magnetosphären-Reaktion
“WR-Wetter Vorhersage”

Wie reagiert 									der Planet Erde 									 auf solare Veränderungen?
Klimaänderungen								

- Solares Dynamo
- Atmosphäre
- Heliosphäre
**Wie beeinflusst eine ****	****	****	****	****	****	****	****	****veränderliche Sonne****	****	****	****	****	****	****	****	****Leben und Gesellschaft?**** **
- Magnetosphären-Reaktion
- “WR-Wetter Vorhersage”
**Wie reagiert ****	****	****	****	****	****	****	****	****	****der Planet Erde ****	****	****	****	****	****	****	****	****	**** auf solare Veränderungen?**
- Klimaänderungen**	****	****	****	****	****	****	****	**

**              ****Langfristige Beobachtungen der Sonne:               ****	****   ****Das ‚Solar Maximum‘ Programm für SOHO**

## ... zum Schluss —                                           die Sonne, ihre Planeten (& SOHO)

##      Kometen beobachte mit SOHO/LASCO       (über 300 Kometen entdeckt, davon über 200 von Amateuren!)

## Ein besonderes Auge für die Sonne: SOHO   Unser Tagesgestirn und sein Einfluss auf die Erde

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## GSFC: June 25 1998 (07:12 UT)

**The following E-mail was issued by the Flight Operations Team at NASA/GSFC:**

***                         ******Our worst nightmare was beginning to unfold:***
***	******	******     ******SOHO WAS LOST IN SPACE***

**Prologue**

***“******After the planned momentum management, while still in thruster mode,***
***the Attitude and Orbital Control Subsystem (AOCS) switched into ESR***
***(Emergency Sun Re-acquisition mode) on 24 June at 23:16, due to a***
***procedure problem. On 25 June at 02:35 a second ESR occurred during***
***standard ESR recovery, triggered by roll rate; the reason is***
***unclear. Some time later, at 04:38, a third ESR triggered by a fine***
***Sun-pointing anomaly and all telemetry was lost. ***

##   Das Drama im Sommer 1998

**  ****Das Drama im Sommer 1998**

##     Geschafft!!

**SOHO Interaktive CD-ROM**