Aditya-L1 und Proba-3 verfolgen zwei Sonneneruptionen und zeigen unterschiedliche Energiemuster

Zwei Eruptionen, zwei ganz unterschiedliche Energiebilanzen

Zwei am 14. und 16. September 2025 beobachtete Sonneneruptionen haben Wissenschaftlern in Bengaluru und ihren internationalen Kooperationspartnern einen genaueren Einblick darin gegeben, wie das von der Sonne ausgestoßene Material seine Energie auf Bewegung, Wärme und Magnetfelder verteilt. Die schnellere Eruption bewegte sich mit etwa 645 Kilometern pro Sekunde. Die langsamere erreichte etwa 145 Kilometer pro Sekunde, zeigte jedoch eine stärkere frühe Ausdehnung und einen wachsenden Anteil an Wärmeenergie.

Die Forschenden kombinierten zeitgleiche Beobachtungen von Indiens Aditya-L1 und Proba-3 der Europäischen Weltraumorganisation. Ihre Instrumente beobachteten nahezu dieselbe Region in Sonnennähe, erfassten jedoch unterschiedliche Informationen: Eines maß das Lichtspektrum des heißen Gases, während das andere Bilder aufnahm, die Form und Bewegung der Eruption zeigten.

Wissenschaftler des Indian Institute of Astrophysics (IIA) werteten gemeinsam mit europäischen und amerikanischen Sonnenphysikern diese sich ergänzenden Messungen aus, um Masse, Dichte und Energie der Eruptionen abzuschätzen. Ihre Studie zu koordinierten Koronografenbeobachtungen, die zur Veröffentlichung in Astronomy & Astrophysics angenommen wurde, präsentiert die ersten zeitgleichen Beobachtungen von koronalen Massenauswürfen mit diesen beiden Instrumenten.

Ein koronaler Massenauswurf, kurz CME, ist ein Ausstoß von Plasma und Magnetfeldern aus der äußeren Atmosphäre der Sonne, der Korona. Plasma ist Gas, in dem sich Elektronen von den Atomen gelöst haben. Zu verstehen, was mit diesem Material in Sonnennähe geschieht, hilft Wissenschaftlern zu erklären, wie sich eine Eruption auf ihrem Weg ins All entwickelt.

Die beiden Ereignisse ermöglichten einen aussagekräftigen Vergleich: Der schnellere CME bewegte sich etwa 4,4-mal so schnell wie der langsamere, doch die Unterschiede gingen über die Geschwindigkeit hinaus. Ihre veränderliche Dichte und Energie zeigten, warum Bilder und Messungen des heißen Gases gemeinsam so wertvoll sind.

Wie die Instrumente denselben Bereich beobachten

Der Visible Emission Line Coronagraph von Aditya-L1, kurz VELC, untersucht die Korona in einem Abstand von etwa 1,05 bis 1,5 Sonnenradien vom Mittelpunkt der Sonne. ASPIICS, das Instrument an Bord von Proba-3, beobachtet in einem Abstand von etwa 1,1 bis 3 Sonnenradien. Die Abkürzung steht für Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the Sun.

Ein Sonnenradius entspricht dem Abstand vom Mittelpunkt der Sonne bis zu ihrer sichtbaren Oberfläche. Die Instrumente beobachten somit einen gemeinsamen Bereich zwischen etwa 1,1 und 1,5 Sonnenradien, direkt oberhalb dieser Oberfläche. Dank dieser Überlappung können Forschende Messungen derselben Eruption vergleichen, solange sie sich noch in der Nähe ihres Ursprungs befindet.

Koronografen blenden die helle Sonnenscheibe aus, sodass die deutlich lichtschwächere Korona sichtbar wird. Proba-3 erreicht dies mit zwei Raumfahrzeugen, die etwa 150 Meter voneinander entfernt fliegen. Eines wirft einen Schatten auf das andere und erzeugt so für das Beobachtungsinstrument eine künstliche Sonnenfinsternis.

VELC, entwickelt vom IIA in Zusammenarbeit mit der Indian Space Research Organisation (ISRO), liefert spektroskopische Beobachtungen. Bei der Spektroskopie wird Licht nach Wellenlängen aufgeschlüsselt, sodass Wissenschaftler bestimmte Signale des heißen Materials untersuchen können. ASPIICS liefert Aufnahmen im weißen Licht und in einer grünen Emissionslinie der Korona.

Warum sich die frühesten Entwicklungsphasen schwer messen lassen

Die innere Korona ist ein schwieriger Ort, um eine Eruption zu verfolgen, denn das schwache, entweichende Material muss nahe an der strahlend hellen Sonnenscheibe beobachtet werden. Frühere Instrumente im Weltraum konnten die frühe Entwicklung lichtschwacher CMEs nur begrenzt verfolgen. Dadurch fehlten Messdaten dazu, wie sich ihre Energie verändert.

In einer am 16. Oktober 2026 veröffentlichten Mitteilung erläuterte ISRO den Nutzen der kombinierten Instrumente. Die Behörde erklärte, VELC habe Spektroskopiedaten geliefert, während ASPIICS nahezu denselben Bereich der Korona abgebildet habe:

Diese gemeinsamen Beobachtungen ermöglichen tiefere Einblicke in die Entwicklung von CMEs als Beobachtungen mit nur einem Raumfahrzeug.

Die Forschenden untersuchten Beobachtungen aus dem Zeitraum von Juli bis Dezember 2025. Darin identifizierten sie nur zwei CMEs, die von beiden Instrumenten zeitgleich aufgezeichnet wurden: am 14. und am 16. September. VELC erfasste beide in einem frühen Stadium und lieferte damit Messungen, die die ASPIICS-Aufnahmen ergänzten.

Was Bilder und Spektren jeweils zeigen

Anhand der ASPIICS-Aufnahmen im weißen Licht konnte das Team Masse und Volumen der Eruptionen sowie ihre Teilchenzahldichte abschätzen. Die Teilchenzahldichte gibt an, wie viele Teilchen sich in einem bestimmten Volumen befinden. Werden diese Größen im Verlauf des Aufstiegs einer Eruption verfolgt, lässt sich erkennen, ob sich ihr Material ausbreitet und dünner wird.

Die Bilder ermöglichten außerdem Schätzungen von Form und Bewegung der CMEs. Diese Messwerte flossen in Berechnungen der kinetischen Energie ein, also der Energie, die das bewegte Material trägt. Sowohl Masse als auch Geschwindigkeit sind entscheidend: Bei gleicher Geschwindigkeit trägt eine massereichere Eruption mehr kinetische Energie, während eine höhere Geschwindigkeit besonders stark ins Gewicht fällt.

VELC beobachtete die grüne Emissionslinie von Eisen, bekannt als Fe XIV, bei einer Wellenlänge von 5303 Angström. Dieses Signal stammt von Gas mit einer Temperatur von etwa zwei Millionen Grad. Anhand seines Spektrums ließen sich die Elektronenzahldichte, die Wärmeenergie und die seitliche Ausdehnung der Eruption, also ihre Breite quer zur Beobachtungsrichtung, unabhängig abschätzen.

Das Instrument maß auch das Emissionsmaß, eine Größe, die mit der Menge und Dichte des heißen Materials zusammenhängt, das zum beobachteten Licht beiträgt. Anhand dieses Werts und unter Annahmen über die leuchtende Region schätzen Forschende die physikalischen Eigenschaften des Plasmas ab.

Die aus ASPIICS- und VELC-Daten abgeleiteten Schätzungen für Masse und Wärmeenergie stimmten trotz unterschiedlicher Beobachtungsmethoden, geometrischer Annahmen und physikalischer Berechnungen gut überein. Die Übereinstimmung unabhängiger Methoden liefert Forschenden eine nützliche Kontrolle für Größen, die sich nur schwer direkt messen lassen.

Die schnellere Eruption trug vergleichsweise wenig Wärmeenergie

Der CME vom 14. September bewegte sich mit etwa 645 Kilometern pro Sekunde. Seine kinetische und seine geschätzte magnetische Energie waren vergleichbar, während die Wärmeenergie deutlich geringer blieb. Wärmeenergie bezeichnet die Energie, die mit der Bewegung der Teilchen im Gas verbunden ist, nicht mit der Bewegung der Eruption als Ganzes.

Der Forschungsartikel beziffert die Wärmeenergie auf nahezu zwei Größenordnungen weniger als die kinetische Energie, also auf ungefähr ein Hundertstel. Öffentliche Darstellungen der Ergebnisse beziffern sie auf etwa ein Prozent der Gesamtenergie. Der konkrete Vergleich im Artikel bezieht sich auf Wärme und Bewegung.

Während der beobachteten frühen Entwicklung dieser Eruption deutete der relativ geringe Wärmeanteil auf eine begrenzte Erwärmung des Plasmas hin. Ein deutlich größerer Anteil der Energie entfiel auf die Bewegung nach außen und das Magnetfeld als auf die Wärme.

Die langsamere Eruption breitete sich stärker aus

Der CME vom 16. September bewegte sich mit etwa 145 Kilometern pro Sekunde. Seine Dichte nahm mit der Höhe stärker ab als die des Ereignisses vom 14. September, was auf eine stärkere frühe Ausdehnung hindeutet. Da sich das Material auf ein größeres Volumen verteilte, sank die Zahl der Teilchen in jedem Raumeinheit.

Ausdehnung und Bewegung nach außen beschreiben unterschiedliche Aspekte einer Eruption. Ein CME kann sich langsamer von der Sonne entfernen und sich zugleich stärker ausbreiten. Werden beide Größen gemessen, lässt sich die Veränderung der Plasmawolke besser nachvollziehen, als wenn sie nur anhand einer einzigen Geschwindigkeit beschrieben wird.

Auch das Energiemuster der langsameren Eruption war anders. Ihre Wärmeenergie nahm zu, bis sie mit der kinetischen Energie vergleichbar war. In diesem Fall entwickelte sich die Wärmeenergie während des Beobachtungszeitraums zu einem erheblichen Anteil der gemessenen Energiebilanz.

Bei beiden CMEs blieb die geschätzte magnetische Energie über die beobachteten Höhen hinweg vergleichbar mit der kinetischen Energie oder größer. Magnetische Energie ist die Energie, die mit dem Magnetfeld des ausgestoßenen Materials verbunden ist. Die Forschenden berechneten sie anhand beobachteter Eigenschaften der CMEs und physikalisch begründeter Annahmen, die durch diese Beobachtungen eingeschränkt wurden.

Der Vergleich zeigt, welchen Wert es hat, mehrere Eigenschaften gemeinsam zu messen. Die Geschwindigkeit unterschied die beiden Ereignisse sofort, doch die Messungen von Dichte und Wärme machten einen weiteren Gegensatz sichtbar: Die langsamere Eruption breitete sich stärker aus und entwickelte im Verhältnis zu ihrer Bewegungsenergie einen deutlich größeren Wärmeenergieanteil.

Von Missionsstarts zu gemeinsamen Beobachtungen

Beide Missionen gelangten mit indischen Trägerraketen ins All, nutzen jedoch unterschiedliche Methoden zur Sonnenbeobachtung. Aditya-L1 ist Indiens erste speziell der Sonne gewidmete Mission. Proba-3 ist eine europäische Mission, bei der zwei Raumfahrzeuge präzise im Formationsflug zusammenarbeiten, um die Beobachtungsbedingungen zu schaffen.

• 2. September 2023: Aditya-L1 startete an Bord der PSLV-C57.
• 6. Januar 2024: Aditya-L1 erreichte eine Halo-Umlaufbahn um den Lagrange-Punkt L1 des Sonne-Erde-Systems und erhielt damit einen kontinuierlichen Blick auf die Sonne.
• 5. Dezember 2024: Proba-3 startete an Bord der PSLV-XL von Sriharikota.
• Juli bis Dezember 2025: Die Forschenden untersuchten den Beobachtungszeitraum, in dem sie die beiden zeitgleichen CME-Aufzeichnungen identifizierten.
• 14. und 16. September 2025: VELC und ASPIICS beobachteten die in der Studie analysierten Eruptionen.
• 16. Oktober 2026: ISRO veröffentlichte eine Mitteilung zu den gemeinsamen Ergebnissen.

Der gemeinsam beobachtete Bereich verbindet die Missionen wissenschaftlich. VELC liefert Informationen über heißes Plasma in unmittelbarer Sonnennähe, während ASPIICS den überlappenden Bereich abbildet und weiter in die Korona hinausblickt.

Was das für das Verständnis des Weltraumwetters bedeutet

CMEs sind über die Sonnenphysik hinaus von Bedeutung, denn auf die Erde gerichtete Eruptionen können geomagnetische Stürme auslösen. Diese Störungen können Satelliten, Navigation und Kommunikation beeinträchtigen. Forschende müssen daher verstehen, wie sich die Eigenschaften einer Eruption entwickeln, bevor sie den weiteren Weltraum erreicht.

Die Studie liefert Messungen aus einem frühen Stadium, das bislang schwer zu beobachten war. Sie führt Masse, Dichte, Ausdehnung und verschiedene Energieformen in einer gemeinsamen Analyse zusammen und berücksichtigt dabei unabhängige Schätzungen von Instrumenten mit unterschiedlichen Messmethoden. Damit erhalten Wissenschaftler mehr Daten, anhand derer sie Erklärungsmodelle für die Entwicklung von CMEs überprüfen können.

Die beiden Ereignisse liefern zudem konkrete Beispiele für unterschiedliche Energieverläufe in Sonnennähe. Eine Eruption war schnell und trug vergleichsweise wenig Wärmeenergie; die andere war langsamer, breitete sich stärker aus und entwickelte eine Wärmeenergie, die mit ihrer kinetischen Energie vergleichbar war. Modelle von Eruptionen müssen solche Unterschiede berücksichtigen.

Die Studie konzentriert sich auf diese beiden CMEs und ihre frühe Entwicklung. Ein operativer Vorhersagedienst oder ein Termin für die Anwendung der Ergebnisse in Vorhersagen wurde nicht angekündigt. Das unmittelbare Ergebnis ist ein umfassenderer Satz von Messdaten, mit denen sich untersuchen lässt, wie Sonneneruptionen Energie aufnehmen und umverteilen.

Die wichtigsten Punkte

• Aditya-L1 und Proba-3 zeichneten dieselben beiden Sonneneruptionen am 14. und 16. September 2025 auf.
• Die Eruptionen bewegten sich mit etwa 645 beziehungsweise 145 Kilometern pro Sekunde.
• Die VELC-Spektroskopie und die ASPIICS-Bildgebung lieferten sich ergänzende Messungen des Materials in Sonnennähe.
• Der Wärmeenergieanteil des schnelleren CME betrug laut Forschungsartikel ungefähr ein Hundertstel seiner kinetischen Energie.
• Der langsamere CME breitete sich stärker aus; seine Wärmeenergie stieg auf das Niveau seiner kinetischen Energie.
• Die geschätzte magnetische Energie war bei beiden Ereignissen vergleichbar mit der kinetischen Energie oder größer.
• Die Ergebnisse liefern neue Messdaten, um die frühesten Entwicklungsphasen von Sonneneruptionen besser zu verstehen.