Heliophysik

Definition und Bedeutung

Heliophysik ist die Physik der Sonne und ihrer Verbindung mit dem Sonnensystem. Nach der NASA bezeichnet sie erstens die Wissenschaft von der Verbindung zwischen Sonne und Sonnensystem, zweitens die Erforschung und das Verständnis der Weltraumumgebung der Erde und drittens eine Systemwissenschaft, die alle miteinander verbundenen Erscheinungen in dem von einem Stern wie der Sonne beeinflussten Bereich des Kosmos zusammenführt.

Das Fach untersucht, wie die Sonne die Erde und andere Himmelskörper beeinflusst und wie sich die Bedingungen im Weltraum verändern. Es ist deshalb besonders wichtig für die Erforschung des Weltraumwetters und der Bewohnbarkeit von Planeten.

Untersuchungsbereiche und Prozesse

Die Heliophysik betrachtet mehrere miteinander verbundene Regionen als Gesamtsystem:

• die Sonne und ihre innere Dynamik,
• die Korona, also die äußerste Schicht der Sonnenatmosphäre,
• die Heliosphäre, den von der Sonne und dem Sonnenwind geprägten Raum,
• den erdnahen Weltraum oder Geospace mit der oberen Atmosphäre, der Ionosphäre und der Magnetosphäre,
• die entsprechenden Atmosphären und Magnetosphären anderer Planeten,
• das interplanetare und das interstellare Medium.

Die Magnetosphäre ist der von einem Magnetfeld beherrschte Raum um einen Himmelskörper. Die Ionosphäre ist ein elektrisch geladener Bereich der oberen Atmosphäre. Thermosphäre und Mesosphäre sind weitere Schichten der Atmosphäre. Zu den untersuchten Erscheinungen gehören kosmische Strahlung, Weltraumwetter, Strahlung und Staub, Sonnenaktivität, stellare Magnetfelder sowie globale Veränderungen.

Ein zentraler Gegenstand sind magnetisierte Plasmen. Plasma ist ein elektrisch leitfähiger Zustand der Materie aus geladenen Teilchen. Untersucht werden außerdem neutrale Stoffe und ihre Wechselwirkungen untereinander, mit Magnetfeldern, mit der Gravitation von Himmelskörpern und mit deren Atmosphären. Die magnetische Rekonnexion, bei der sich die Struktur magnetischer Feldlinien verändert und Energie freigesetzt wird, gehört ebenfalls zu den wichtigen Prozessen.

Wissenschaftliche Einordnung

In einer engeren Bedeutung wurde Heliophysik früher als Zweig der Astrophysik verstanden, der die Physik der Sonne untersucht. Um 2002 erweiterten Joseph M. Davila und Barbara J. Thompson vom Goddard Space Flight Center der NASA den Anwendungsbereich des Begriffs bei den Vorbereitungen für das Internationale Heliophysikalische Jahr 2007/08 auf den gesamten Einflussbereich der Sonne, also die Heliosphäre.

Die Heliophysics Science Division der NASA verwendet den Begriff für die Erforschung der Heliosphäre und der mit ihr wechselwirkenden Objekte. Dazu zählen insbesondere Planetenatmosphären und Magnetosphären, die Sonnenkorona und das interstellare Medium. Über diese auf das Sonnensystem bezogene Auffassung hinaus reicht die Forschung von der Sonnenphysik bis zur allgemeinen Sternphysik. Sie verbindet dabei unter anderem Kernphysik, Plasmaphysik, Weltraumphysik und Magnetosphärenphysik.

Heliophysikalische Missionen

Raumfahrtmissionen untersuchen unterschiedliche Teile des zusammenhängenden Sonne-Erde-Systems, beispielsweise Bereiche von der erdnahen Umlaufbahn bis zur Mondumlaufbahn sowie die Sonne und die Heliosphäre. Im Artikel werden folgende Missionen genannt:

• Ulysses: 1990 bis 2009.
• Solar and Heliospheric Observatory: 1995 bis ca. 2025.
• Solar Terrestrial Relations Observatory: gestartet 2006.
• Solar Dynamics Observatory: gestartet 2010.
• Parker Solar Probe: gestartet 2018.