LONDON (IT BOLTWISE) – Die Sonde Solar Orbiter hat ein S-förmiges „Switchback“ im Sonnenwindmagnetfeld direkt vermessen. Über ein neueres Zusammenspiel aus Plasmaproben, Sonnenbeobachtungen und Magnetfeldmodellen konnte sie die Herkunft bis zur Sonnenoberfläche zurückverfolgen. Damit stützt sie eine Entstehungslogik namens „Interchange Reconnection“ und ordnet sie zugleich in einen zweiten Mechanismus aus Wellen und Turbulenzen ein. Für das Verständnis von Sonnenaktivität liefert die Mission damit einen Baustein, der auch bei der Bewertung von Weltraumwetter hilft.
Solar Orbiter zeigt, dass sich selbst scheinbar flüchtige Strukturen im Sonnenwind nicht im Dunkeln bleiben müssen: Die europäische ESA-Mission ist durch ein S-förmiges „Switchback“ geflogen und hat dessen Teilchen so charakterisiert, dass sich der Ursprung bis an die Sonnenoberfläche zurückverfolgen lässt. Switchbacks sind lokale Richtungswechsel im magnetischen Feld des Sonnenwinds; sie wirken wie eingeknickte Abschnitte, die in der heliosphärischen Umgebung kurzzeitig auftreten. Dass Solar Orbiter dafür gerade die richtigen Messinstrumente an Bord hat, macht aus einer singulären Bahndurchquerung eine Art „Fingerabdruck-Verhör“ des Plasmas.
Der technische Kern der Erklärung beginnt mit der Rolle der magnetischen Feldlinien: Die Sonne besitzt ein intensives, unruhiges Magnetfeld, das nicht nur die stellare Umgebung prägt, sondern auch in Form von Feldlinien vom Sonnenwind mit nach außen gezogen wird. Diese Linien können sich auf ihrem Weg durch das Sonnensystem verwinden, einknicken oder in sich selbst zurückfalten. Genau in solchen dynamischen Geometrien entstehen die Switchbacks, die Forschenden seit Jahren beschäftigen, weil die Beobachtungen zwar wiederholt auftreten, die Entstehung aber bislang nicht eindeutig auf einen einzigen Prozess zurückführbar war.
Die Mission hatte bereits 2022 ein Switchback gemeldet, allerdings ohne die Herkunft unmittelbar beweisen zu können. Jetzt kommt ein weiterer Schritt hinzu: Das Raumschiff identifizierte das Ereignis nicht nur als S-förmigen „Knick“, sondern konnte über die Partikelmessungen seine Spur zum Ort auf der Sonne legen. Im Papier wird beschrieben, dass Solar Orbiter für diesen Zweck ein besonders großes Switchback „durchflogen“ ist und dabei selten beobachtete Teilchen erfasst hat, deren Zusammensetzung Hinweise auf den Ursprung enthält. Besonders relevant ist der Zeitpunkt der Messung: Solar Orbiter befand sich dabei ungefähr auf halbem Weg zwischen Erde und Sonne, also in einer Region, in der der Sonnenwind bereits weiter „transportiert“ wurde, aber die Signatur noch erkennbar ist.
Zur Verknüpfung von Vorher und Nachher nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Solar Wind Analyser-Instrument (SWA), um das Plasma des Switchbacks direkt zu untersuchen. Dabei fanden sie eine Mischung aus geladenen Sauerstoff- und Kohlenstoffteilchen, die sich nach den Angaben der Forschenden nur mit einem spezifischen Bildungsweg erklären lässt: im Inneren heißer magnetischer Feldschleifen an der Sonnenoberfläche. Damit wird ein zentraler Streitpunkt adressiert, denn es gibt konkurrierende Theorien zur Switchback-Entstehung. Das „Smoking-Gun“-Argument der neuen Ergebnisse lautet, dass die Teilchenverteilung auf eine Bildung über „Interchange Reconnection“ hinweist. In dieser Vorstellung stoßen Regionen mit unterschiedlichen Magnetfeldeigenschaften aufeinander: Offene Bereiche wirken wie „Highways“, geschlossene Bereiche bilden Schleifen, die sich wieder zurück zur Sonne wölben. Wenn offene und geschlossene Feldstrukturen miteinander in Kontakt geraten, können Feldlinien aufsprengen, sich neu verbinden und damit zuvor eingeschlossenes Plasma in den Weltraum freisetzen.
Gleichzeitig bleibt die Erklärung nicht bei einem einzelnen Prozess stehen. Neben der Rekonnexion spielt laut dem Team auch ein Mechanismus aus Wellen und Turbulenzen eine Rolle, wie man sie typischerweise für die Heizung und Beschleunigung des Sonnenwinds kennt. Das Entscheidende an der neuen Einordnung: Die beiden Prozesse scheinen offenbar zeitlich getrennt zu wirken. Vor den Fernauswirkungen steht demnach die Rekonnexion als Ursprungsschritt, während später, wenn das Switchback die sonnennahe Umgebung verlassen hat, Wellen und Turbulenzen die weitere Bewegung dominieren. Diese „bühnenartige“ Trennung reduziert nicht die Komplexität, aber sie macht die Daten konsistenter: Statt zwei widersprüchlichen Modellen wird ein zeitliches Modell daraus, bei dem beide Mechanismen an unterschiedlichen Lebensphasen der Struktur ansetzen.
Für die Rekonstruktion reicht die In-situ-Messung allein nicht. Das Forschungsteam kombinierte die Partikelbeobachtungen mit Bilddaten der Sonnenaufnahme sowie mit modellierten magnetischen Feldern im Umfeld. Daraus entstand nach Angaben der Autorinnen und Autoren ein neuer Identifikationsansatz, der die gemessene Signatur von Solar Orbiter direkt mit Daten des Solar Dynamics Observatory verknüpft. Das Ergebnis ist eine Rückführung der Ereignisquelle auf der Sonne in bislang „unerreicht“ detaillierter Form. Abseits des reinen Switchback-Rätsels liegt darin aber auch mehr: Die Messung liefert Hinweise darauf, wie die Sonne ihre Atmosphäre erhitzt und wie sie die Teilchen des Sonnenwinds in den Raum beschleunigt. Außerdem entsteht ein weiterer Gedanke, der in der Raumfahrtforschung immer wichtiger wird – nämlich dass die Sonnenatmosphäre einen messbaren Abdruck in den Teilchen hinterlässt, sodass sich möglicherweise ihre Geschichte auch weitab von der Sonne „lesen“ lässt.
In der Praxis ist das nicht nur Astronomie im engeren Sinn, sondern wirkt in Richtung Weltraumwetter: Menschen und technische Infrastrukturen in Raum und Erdumlaufbahn hängen über den Sonnenwind direkt an den dynamischen Prozessen der Sonne. Wenn sich besser vorhersagen lässt, wie magnetische Strukturen entstehen und sich fortbewegen, verbessern sich perspektivisch auch Risikoeinschätzungen für extreme Ereignisse. Die Autoren betonen außerdem, dass diese Kombination aus Sonnenproximität und passenden Instrumenten nur durch Solar Orbiter in dieser Form verfügbar ist, weil andere Missionen entweder nicht nah genug an die relevanten Regionen heranreichen oder die nötigen Messfähigkeiten nicht in gleicher Weise abdecken. Das Paper „On the Coronal Origin of Magnetic Switchbacks in the Solar Wind“ von Jesse T. Coburn et al. ist in Nature Astronomy erschienen, DOI: 10.1038/s41550-026-02928-0.
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