Was für ein Spektakel: Erneut Polarlichter über Mitteleuropa! Kurzwellenamateure kennen das: Eine besonders aktive Phase im 11-jährigen Sonnenzyklus. Aber warum ist die Sonne periodisch aktiv, und wer gibt den Takt vor?

Alle elf Jahre häufen sich Strahlungs- und Plasmaausbrüche der Sonne, die 10,7-cm-Radioflux-Werte sind so hoch, ebenso die Zahl der Sonnenflecken - ein Auf und Ab im Takt. Fachleute sprechen vom Schwabe-Zyklus. Daneben existieren weitere, weniger auffällige Schwankungen der Sonnenaktivität, deren Perioden von einigen hundert Tagen bis zu mehreren Jahrhunderten reichen. Diese Zyklen werden jedoch vom Schwabe-Zyklus überlagert. Doch welcher Mechanismus diesem Auf und Ab zugrunde liegt, ist nur teilweise geklärt.

Ein Forscherteam um den Physiker Dr. Frank Stefani am Institut für Fluiddynamik des Helmholtz‑Zentrums Dresden‑Rossendorf (HZDR) verfolgt seit einigen Jahren die sogenannte Planetenhypothese. Danach üben die Planeten mit ihrer Schwerkraft Gezeitenkräfte auf die Sonne aus, ähnlich wie der Mond die Gezeiten auf der Erde verursacht. Dieser Effekt wäre alle 11,07 Jahre am stärksten: Immer dann, wenn Venus, Erde und Jupiter in einer Linie mit der Sonne stehen. Tatsächlich stimmt das Auftreten dieser Planetenkonstellation bemerkenswert gut mit dem Schwabe‑Zyklus überein. Bisher fehlte jedoch ein plausibler physikalischer Vermittler zwischen den Gezeitenkräften der Planeten und dem solaren Magnetfeld.

Die Forschungsgruppe um Stefani identifizierte nun Rossby‑Wellen auf der Sonne als dieses fehlende Bindeglied [1]. Benannt nach dem Meteorologen Carl‑Gustaf Rossby wurden diese großräumigen Wellenbewegungen und Verwirbelungen in den 1930er Jahren zunächst in Ozeanen und Erdatmosphäre entdeckt. Sie entstehen, wenn Massen auf einer rotierenden Kugel verschoben werden, breiten sich gegen die Drehrichtung aus und erreichen am Äquator ihre größte Amplitude. Auf der Erde prägen Rossby‑Wellen etwa den Verlauf der Jetstreams. Auch auf der Sonne treten Rossby‑Wellen auf, dort mit Lebensdauern von mehreren Monaten.

Das solare Magnetfeld entsteht durch komplexe Bewegungen des elektrisch leitenden Plasmas im Sonneninneren – man kann sich das wie ein gigantisches Dynamo vorstellen. „Dieser Sonnendynamo erzeugt zwar schon von sich aus einen ungefähr elfjährigen Aktivitätszyklus – wir denken aber, der Einfluss der Planeten greift in diesen vor sich hinarbeitenden Dynamo ein, gibt ihm immer wieder einen kleinen Schubs und zwingt der Sonne so den außergewöhnlich stabilen 11,07‑Jahres‑Rhythmus auf“, erklärt Stefani. „Wir wissen, wie viel Energie nötig ist, um den Dynamo zu synchronisieren, und wir wissen, dass diese Energie über Rossby‑Wellen auf die Sonne übertragen werden kann. Das Tolle daran ist: Damit können wir nicht nur den Schwabe‑Zyklus und längere Sonnenzyklen erklären, sondern auch die kürzeren Rieger‑Zyklen, die wir zuvor nicht berücksichtigt hatten.“

Die Forscher rechneten nach: Die Gezeitenkräfte während der Springtiden jeweils zweier der drei Planeten Venus, Erde und Jupiter haben genau die richtigen Eigenschaften, um Rossby‑Wellen in der Sonnenkonvektionszone anzustoßen. Daraus ergeben sich mehrere interessante Erkenntnisse. Erstens können diese Rossby‑Wellen ausreichend hohe Geschwindigkeiten erreichen, um dem Sonnendynamo den nötigen Impuls zu geben. Zweitens treten die resultierenden Effekte in Perioden von etwa 118, 193 und 299 Tagen auf – passend zu den beobachteten Rieger‑Zyklen [2]. Und drittens lässt sich aus der Überlagerung dieser drei kurzen Rieger‑Zyklen rechnerisch der prominente 11,07‑jährige Schwabe‑Zyklus ableiten. Selbst langfristige Schwankungen der Sonnenaktivität werden von dem Modell vorhergesagt. Auch dies spricht für einen von den Planeten mitgetakteten Prozess.

Die heutige Sendung von Radio DARC mit dem Interview von Dr. Frank Stefani (HZDR) lässt sich hier nachhören: https://www.alximedia.de/radio/DARC-Radio-16112025.mp3.

Abb.: Die Sonne hat aktuell wieder ein Aktivitätsmaximum im 11‑jährigen Schwabe‑Zyklus durchlaufen. (Bild: Solar Orbiter, ESA & NASA / EUI Team; Aufnahme: Oktober 2023)

Literatur
[1] F. Stefani, G. M. Horstmann, M. Klevs, G. Mamatsashvili, T. Weier: Rieger, Schwabe, Suess‑de Vries: The Sunny Beats of Resonance, Solar Physics, 2024 (DOI: 10.1007/s11207-024-02295-x)
[2] Rieger, E.; Share, G. H.; Forrest, D. J.; Kanbach, G.; Reppin, C.; Chupp, E. L. (1984). „A 154‑day periodicity in the occurrence of hard solar flares?“, Nature, 312 (5995) (DOI:10.1038/312623a0)