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Die Astronomie-Seiten von Mario Weigand

Sonnenbeobachtung im Licht der Kalzium-Linien

Neben der typischen Weißlichtbeobachtung der Sonne und der Beobachtung im H-Alpha-Licht hat der Amateur auch die Möglichkeit, die Sonne im Licht der Kalzium-Linien zu beobachten. Dabei wird ein unterer Bereich der Chromosphäre, knapp über der Photosphäre sichtbar, in der man Fackelgebiete über die gesamte Sonne verteilt beobachten kann.

Einstieg in die Kalzium-Beobachtung

Plages umgeben zwei kleine Flecken (Baader K-Line-Filter).
Inzwischen ist es dem Amateur möglich mit einem relativ geringen finanziellen Aufwand in die Kalzium-Beobachtung einzusteigen. Mit dem Baader K-Line-Filter erhält man bereits für ~250 Euro einen breitbandigen (~40nm) Filter, mit dem bereits viel sichtbar wird.

Die CaK-Version des Coronado Personal Solar Telescope ist nach dem Kalzium K-Linien Filter von Baader die zweitgünstigste Möglichkeit in die Sonnenbeobachtung im Kalziumlicht einzusteigen. Der Filter ist mit < 0,22 nm Halbwertsbreite ausreichend engbandig, um die Kalziumlinie(n) mit hohem Kontrast abzubilden. Das CaK-PST ist für rund 630 Euro erhältlich. Ansonsten liegen professionellere Kalzium-Filtersysteme preislich im Bereich guter H-Alpha-Filter.

Die Kalzium-Linien

Ausschnitt aus dem Sonnenspektrum, Bild von der Baader-Homepage.
Die beiden Emissionslinien von Ca II, dem einfach ionisierten Kalzium liegen bei 397 (H-Linie) und 393nm (K-Linie) Wellenlänge. Joseph Fraunhofer hat 1814 erstmals die solaren Spektrallinien beobachtet und die hellsten unter ihnen mit Großbuchstaben durchnummeriert.

Die Nummerierung fängt im roten Teil des Spektrums an und endet im blauen. Die Bezeichnungen sind teilweise heute noch geläufig. Da die Empfindlichkeit des menschlichen Auges bei 400 nm bereits sehr gering ist, ist die Beobachtung mit CCD-Sensoren sinnvoller.

Das Fackelnetzwerk

Plages um einen großen Flecken. Aufgenommen mit Coronado CaK PST.
Im Licht der H- und K-Linien sieht man das chromosphärische Netzwerk aus Supergranulationszellen mit rund 30000 km Durchmesser, an deren Rändern sich starke Magnetfelder befinden. Die Ca-Ionen machen dieses Netzwerk in Form von Fackeln (Plages) sichtbar. Fackeln sind im Wesentlichen das Gegenteil zu den Sonnenflecken. Es sind ausgedehnte Gebiete die eine überhöhte Helligkeit aufweisen – etwa 10% heller als in der Photosphäre. Sie treten verstärkt um Sonnenflecken herum auf und sind auch hauptsächlich in den Breiten der Sonnenflecken zu beobachten. Nur während des Aktivitätsminimums der Sonne erscheinen sie auch nahe den Polen. Im Weißlicht sind sie wegen des höheren Kontrasts dann am besten zu beobachten, wenn sie am Sonnenrand stehen.

Protuberanzen lassen sich übrigens auch mit einem Kalzium-Filter beobachten. Wegen der wesentlich geringeren Helligkeit als in H-Alpha sind sie aber nur mit CCDs beobachtbar.

Surpergranulation

Die Surpergranulation kennzeichnet sich durch helle Ränder (Coronado CaK PST).
Supergranulationszellen transportieren heißes Gas bzw. Plasma in Richtung Sonnenoberfläche. Die Bewegung des Plasmas führt zu einer Konzentration magnetischer Felder an deren Rändern. Diese Magnetfelder heizen das Gas in ihrer Umgebung weiter auf. Aus diesem Grund sind die Supergranulationszellen an ihren Rändern am heißesten. Die Hitze sorgt für eine verstärkte Leuchtanregung des in der Sonnenatmosphäre befindlichen Kalziums. Bei der Sonnenbeobachtung im Kalziumlicht treten deshalb die Ränder der Zellen als das hellere chromosphärische Netzwerk hervor. Die Zellen sind mit rund 30000 km Durchmesser deutlich größer, als die im Weißlicht beobachtete Granulation.

Plages

Helle Plages bei einem kleinen Flecken (Coronado CaK PST).
Sonnenflecken haben im Kalziumlicht praktisch das gleiche Erscheinungsbild wie im Weißlicht – sie sind von helleren Fackelgebieten umgeben. Das heiße Gas in den photosphärischen Fackeln steigt in die Chromosphäre auf und sorgt genau wie an den Rändern der Supergranulationszellen für eine erhöhte Kalzium-Emission. Um Sonnenflecken herum wird sehr viel heißes Gas nach oben transportiert, weswegen man in diesen Bereichen sehr helle Gebiete Beobachten kann, die von den Sonnenflecken ausgehen – sie werden Plages genannt. Da die photosphärischen Fackeln die Ursache für die Plages sind, treten sie auch an den gleichen Stellen auf, wo man im Weißlicht Fackeln beobachtet.

Flares

Ein Flare ist in erster Linie ein impulsiv beginnen des Aufleuchten in der Korona und der Chromosphäre. Hier wird ein großer Teil der in der Korona freigesetzten magnetischen Energie in Wärme und in Energie von Teilchenstrahlen umgewandelt. Der überwiegende Anteil der Teilchenstrahlen bewegt sich entlang der Feldlinien zu den Fußpunkten der koronalen Magnetfeldbögen und gibt seine Energie in Stößen mit dem viel dichteren Plasma in der Chromosphäre wieder ab. Hierbei wir auch Energie an das Kalzium abgegeben, wodurch es zum Leuchten angeregt wird. Sehr helle Flares lassen sich daher auch im Kalzium-Licht beobachten.

Protuberanzen

Eine kleine Protuberanz im Kalzium-Licht (Coronado CaK PST).
Protuberanzen sind relativ kühle, dichte Plasmafasern, die sich in Magnetfeldbündeln ausbilden können, Filamente schweben nahezu waagerecht in geringen Höhen am Boden der Korona. Sie werden in der Hα-Linie oder vom Weltraum aus im EUV beobachtet und erscheinen am Sonnenrand. Beim Aufstieg einer Protuberanz wird natürlich auch Kalzium mit transportiert. Die jedoch vergleichsweise niedrigen Temperaturen in den Protuberanzen lassen das Kalzium aber nur schwach leuchten. Daher sind sie im Kalzium-Licht sehr schwach und visuell nicht zu beobachten. Hierfür ist in der Regel eine CCD-Kamera nötig.

Aktive Regionen / Sonnenflecken...

Plages um einen großen Flecken (Coronado CaK PST).
Aktive Regionen sind immer mit den Sonnenflecken verknüpft, die ja auch im Weißlicht sichtbar sind. Es sind Orte, an denen Magnetstürme herrschen und die Sonne sehr eruptiv ist.Die Sonne rotiert am Äquator mit einer anderen Geschwindigkeit als an den Polen, das nennt man differenzielle Rotation. Dadurch werden die Magnetfelder verdreht, was die Magnetstürme verursacht.

Das Erscheinungsbild im Kalzium-Licht ist dem im Weißlicht sehr ähnlich. Jedoch bilden sich rund herum Plages, heißere und hellere Gebiete in denen das Kalzium verstärkt zum Leuchten angeregt wird.