1 Einleitung

1.1. Der Mensch als Teil eines Ganzen

Der Mensch und sein Weltbild hat sich über die Jahrtausende sicherlich ständig verändert. In allen Kulturen war und ist die Sonne immer wichtiger Bestandteil dieses Weltbildes gewesen. So entspringen die Fragen, die in dieser Arbeit gestellt werden, nicht allein unserer heutigen Kultur, sondern basieren teilweise auf jahrtausendealten Beobachtungen und Fragen. Lediglich die Art der Fragestellung und die Methode der Suche nach den Antworten sind Kinder unserer heutigen Zeit.

Natürlich und selbstverständlich ist der Einfluss, den die Sonne auf den Ackerbau bzw. das Pflanzenwachstum hat. Der Wunsch nach mehr Wissen über die Bedeutung der Sonne für den Menschen und seine Kultur beschränkt sich aber bei weitem nicht nur auf Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht. Der Mensch möchte ihren Einfluss auf unser Klima, unser Wohlbefinden und eine Vielzahl anderer Eindrücke erfahren, um vielleicht letztendlich seine Rolle im Universum und den Sinn des Lebens ein wenig besser zu verstehen. Dadurch ist die Sonne immer schon wichtiger Bestandteil der Kultur einer Gesellschaft gewesen, wie am Beispiel des ägyptischen Sonnengottes Ra zu erkennen ist. In unserer Gesellschaft wird die Sonne zwar nicht mehr als Gottheit verehrt, jedoch zeigte das ausgeprägte Interesse an der totalen Sonnenfinsternis am 11.August 1999 wie stark sie unser Leben auch heute noch beeinflusst.

Die Sonne ist sicherlich der erste Stern, der von den Menschen aufmerksamer beobachtet wurde und über den Daten gesammelt wurden. Speziell in der Astronomie war und ist er nicht wegzudenken. Die Astronomie in Verbindung mit der Physik, der Astrophysik, brachte das Wissen über „Den Stern, von dem wir leben“ (Kippenhahn 1990), einen großen Schritt voran. Erst in relativ junger Vergangenheit wurde das Magnetfeld der Sonne entdeckt. G.E. Hale (1908) entdeckte die Aufspaltung der Fraunhoferlinien durch den Zeeman-Effekt und wies empirisch Magnetfelder von 4kGauss nach. Die Auswirkungen des solaren Magnetfeldzyklus wurden jedoch in ihrer Ausprägung als Sonnenflecken schon als „Raben in der Sonne“ um 1000 BC in chinesischen Annalen erwähnt und die Erwähnung des pockengesichtigen Sonnengottes in Aztekischen Mythologien legen die Vermutung der frühen Entdeckung auch durch Azteken nahe (URL 1). Die Tragweite dieser Entdeckung sowie die Bedeutung für den Planeten Erde und alles Leben auf ihm können bisher noch nicht vollständig erfasst werden.

Wie es jedoch das Wesen des Menschen ist nach Wissen zu streben und dem Unerforschten mit Ideen, Formeln und Lehrmeinungen zu Leibe zu rücken, hat sich die Dynamotheorie bisher als die anerkannteste Theorie zur Beschreibung des solaren Magnetfeld-Zyklus erwiesen.

Die Dynamotheorie ist ein wichtiger Schritt auf unserem noch sehr langen und vielleicht endlosen Weg, die Sonne vollständig zu begreifen und damit ein weiterer Versuch des Menschen über sich und seinen Horizont hinauszublicken.

1.2. Beobachtung, Messung, Modell, Theorie, Experiment

In der Forschung ist durchgängig zu beobachten, dass meistens aller Erforschung der Natur voran die Beobachtung steht. Mit der Beobachtung kommt dann schnell die Aufzeichnung derselben, die Messung, hinzu. Bei genügender Beobachtung, also ausreichend Daten, kann begonnen werden, die Beobachtung vorherzusagen, sich also ein Modell bzw. eine Theorie für die Vorgänge zurecht zu legen. Die Theorie und das Modell entwickeln sich wohl gleichzeitig, so dass ein Modell der Vorgänge immer auch auf einer Theorie basiert, die sich im Laufe der Beobachtung immer mehr verfeinert und das Modell in Frage stellt.

Wenn dies ausreichend getan ist, sollte ein Experiment bzw. die Simulation eines solchen, als höchster Richter über die Güte und Qualität der Theorie sowie des Modells, durchgeführt werden.

Da dies die, meiner Meinung nach, sinnvollste Art ist an ein komplexes Thema wie die solare Magnetfeldtheorie heranzugehen ist auch die vorliegende Arbeit in dieser Struktur gehalten.

1.2.1. Beobachtung

Der erste Schritt: Was wurde und wird beobachtet?

Wenn zum Beispiel in China bereits um 1000 BC die schwarzen Flecken als Raben über der Sonne gedeutet werden, wird deutlich wie wichtig der kulturelle Einfluss auf die Beobachtung ist. Die Sonne galt in der Geschichte als rein und perfekt Flecken (Makel) durften sich deswegen zunächst nicht auf der Sonnenoberfläche befinden. Hier wird deutlich wie bestehende Paradigmen spätere Untersuchungen erschweren können.

Bereits 28 B.C. (URL 1) registrierten chinesische Astronomen in systematischen Beobachtungen kleine, wechselhaft dunkle Flecken auf der Sonnenoberfläche.

Abb.: 1.2.1. Pseudokontinuumaufnahme der Sonnenoberfläche vom 5.Nov. 1999 Aufgenommen vom Michelson Doppler Imager-Experiment an Bord der SOHO-Sonde (URL 2).

1.2.2. Messung und Dokumentation

Der zweite Schritt, die Messung und ordentliche Dokumentation, ist sicherlich der wichtigste des ganzen Forschungsweges, da auf diesen so gewonnen Daten alles Weitere beruht. Ohne die gründliche Erfassung aller Messdaten können die Ergebnisse eines Experimentes, die Aussage einer Theorie von keinem anderen sinnvoll überprüft oder hinterfragt werden und bleiben so in einem Bereich der wissenschaftlichen Grauzone haften. Ohne die Dokumentation müssten nachfolgende Generationen alles von vorne entdecken, beobachten und neu erfinden.

1.2.3. Modell

Schon während der Messung und deren Dokumentation zwingt sich wahrscheinlich ein Modell auf, das die Vorgänge irgendwie beschreibt und wahrscheinlich die Art der Messung immer mehr beeinflusst. Zu Beginn ist ein Modell wohl eher falsch und die Widersprüche und Fehler tauchen noch sehr schnell auf, aber mit der Zeit wird sich ein Modell herauskristallisieren, mit immer weniger Widersprüchen zur Beobachtung und Messung. Im Idealfall wird dieser Vorgang irgendwann zu einem Ende führen, in dem das Modell die Realität völlig korrekt beschreibt.

1.2.4. Theorie

Die neuen Beobachtungen und das neue Modell in Einklang mit früheren Beobachtungen und Modellen, aber auch herrschenden Lehrmeinungen zu bringen, kann dadurch am einfachsten erreicht werden, dass auf diesen aufgebaut wird. Dabei darf allerdings nicht außer Acht gelassen werden, dass ein neu beobachtetes Phänomen eventuell auch auf neuen Theorien basieren muss, die den bisherigen widersprechen und die ihrerseits eben wiederum nur Theorien und keine Fakten sind.

In der Sonnenphysik geschieht dies auf Basis der Elektrodynamik in magneto-hydrodynamischer Näherung, also der Plasmaphysik. Die verbreitetste Theorie zur Entstehung des solaren Magnetfeldes ist die Dynamotheorie.

1.2.5. Experiment

Natürlich wäre es am schönsten ein reales praktisches Experiment durchführen zu können, aber bisher sind wir bei der Sonnenphysik in diesem 5. Schritt auf theoretische Experimente, wie beispielsweise einer Simulation, angewiesen. Auf dem Gebiet der Simulationen ist durch den Computer in neuester Zeit sehr viel möglich geworden, dennoch ist meistens die Rechenleistung die eigentliche Grenze des Experiments. So ist die theoretische Sonnenphysik in den letzten Jahren wohl vor allem deswegen weiter fortgeschritten, weil die Simulationsrechnungen immer mehr Effekte mit in den Gleichungen berücksichtigen konnten.

In dieser Arbeit soll versucht werden, die Dynamotheorie und im einzelnen die später näher zu erklärende Theorie des Alpha-Effektes voranzubringen, indem die früheren Arbeiten und Ergebnisse von Prautzsch und Weißhaar in einer neuen Simulationsrechnung zusammengefasst und auf neue Erkenntnisse hin untersucht werden.