Sonnenphysik

Gegenstand und Bedeutung

Die Sonnenphysik ist ein Teilgebiet der Astronomie und Sonnenforschung. Sie untersucht die Sonne und ihre physikalischen Erscheinungsformen, darunter ihre Strahlung, ihre Schichtung, ihre Aktivität und ihre Wechselwirkung mit der Umgebung. Ihre moderne Entwicklung begann im Wesentlichen 1858 mit der Erfindung der Spektralanalyse.

Die Sonnenphysik ist eines der größten Teilgebiete der Astrophysik. Sie gab wichtige Impulse für die Entwicklung der Astrophysik und der Atomphysik. Außerdem trug sie zur Entstehung der Astroteilchenphysik bei, die an der Schnittstelle von Sonnenphysik, Astronomie, Astrophysik und Teilchenphysik liegt.

Zentrale Phänomene und Methoden

Die Entwicklung der Sonnenphysik hängt eng mit der Messtechnik und den zunehmenden Möglichkeiten zusammen, physikalische Vorgänge an der Sonnenoberfläche und in der Sonnenstrahlung zu beobachten. Zu den wichtigsten Themen gehören:

• Sonnenstrahlung und Wärmebilanzierung sowie die Messung der Solarkonstante.
• Die Masse der Sonne und die Mechanik des Sonnensystems.
• Sonnenflecken und die Sonnenrotation.
• Die Photosphäre, also die sichtbare Schicht der Sonnenoberfläche, sowie die Chromosphäre.
• Die Spektralanalyse, insbesondere die Untersuchung der Fraunhoferschen Linien.
• H-alpha-Strahlung, die Balmer-Serie und die Beobachtung mit H-alpha-Teleskopen.
• Konvektion und Hypergranulation, also Bewegungen und Strukturen in der Sonnenatmosphäre.
• Magnetfelder und Sonnenaktivität.
• Die Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem Erdmagnetfeld und der Ionosphäre.

Weitere Untersuchungsbereiche sind die Kernfusion im Sonnenkern, der Wärmetransport zur Oberfläche und thermodynamische Gleichgewichtsmodelle der Sonnenschichtung. Diese Modelle markierten den Beginn der allgemeinen Stellarphysik, also der Physik der Sterne. Hinzu kommen die Radiostrahlung der Sonne, die Modellierung und Messung von Infrarot- und Ultraviolettstrahlung, die Neutrinoforschung sowie Röntgen- und Gammastrahlung. Auch die Kosmogonie der Sonne und des Planetensystems gehört zu den Themen der Sonnenphysik.

Entwicklung der Beobachtungsmethoden

Am Beginn der modernen Sonnenphysik stehen Joseph von Fraunhofers Forschungen über das Sonnenspektrum und die daraus entwickelten Methoden der Spektralanalyse. Dabei wird die von der Sonne ausgesandte Strahlung nach ihren Wellenlängen untersucht. Die Spektralanalyse machte es möglich, physikalische Eigenschaften der Sonne systematisch zu erforschen.

Im 20. Jahrhundert richtete sich die Forschung zunehmend auch auf die nicht sichtbaren Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Untersucht wurden kürzere Wellenlängen, zum Beispiel Ultraviolettstrahlung, sowie längere Wellenlängen wie Infrarotstrahlung und Radiowellen. Dadurch erweiterte sich die Sonnenphysik von der Beobachtung des sichtbaren Lichts auf zahlreiche weitere Strahlungsarten und wurde zu einem wichtigen Ausgangspunkt für moderne astrophysikalische und teilchenphysikalische Forschung.