P20867-N16 Large scale waves and shocks in the solar corona / Globale Wellen in der Sonnenkorona

Final Report English

The main aim of this project was to obtain a deeper understanding of the physical nature of large-scale waves in the solar corona (so-called "EIT-waves"). Large-scale waves occur in association with the most energetic explosions in our solar system, coronal mass ejections and flares on the Sun, which may cause strong distrurbances of the space weather in our near-Earth environment. In the scientific community there is still a hot debate if large-scale coronal waves are indeed proper waves or rather the signature of large-scale magnetic restructuring of the solare corona due to the associated coronal mass ejection. NASA's STEREO Mission, launched in 2006, consists of two satellites equipped with identical instruments, observing the Sun from two different vantage points in space. The STEREO Mission provided unique and unprecedented observations of large-scale waves in the solar corona. In our studies, we used in particular observations from the EUVI telescopes, which Image the outer solare atmosphere in four different (E)UV passbands with high cadence.

The main results obtained within this projects are the following:

1) Large-scale coronal waves propagate with typical velocities in the range of 200-400 km/s. During their Propagation, the wave decelerates, ist perturbation amplitude decays, and the wave front broadens. The passing wave front pushes the plasma downward and compresses it at the coronal base.

2) From these observational findings we conclude that large-scale waves are indeed large-amplitude fast magneto-acoustic waves propagating through the solar coronal revealing a nonlinear perturbation characteristics.

3) In case studies, we identified the fast lateral expansion of the associated coronal mass ejections as the trigger of the event.

Final Report German

Ziel dieses Projekts war ein besseres Verständnis der physikalischen Grundlagen von globalen Wellen in der Sonnenkorona. Globale koronale Wellen treten in Zusammenhang mit den energiereichsten Ausbrüchen in unserem Sonnensystem auf, sogenannte koronalen Massenauswürfen und Flares auf der Sonne, die im Extremfall auch starke Störungen des "Weltraumwetters" in Erdnähe auslösen können. Innerhalb der Sonnenphysik ist es noch immer ungeklärt und viel diskutiert, ob diese globalen Wellen tatsächlich Wellen im eigentlichen Sinn sind oder eher ein Abbild der großskaligen Umstrukturierung des koronalen Magnetfeldes aufgrund des assoziierten koronalen Massenauswurfs. Die 2006 gestartete STEREO-Mission der NASA besteht aus zwei Satelliten mit identer Instrumentierung, welche die Sonne aus unterschiedlichen Positionen im Weltraum beobachten. Die Mission bietet somit bislang einzigartige Beobachtungen von globalen Wellen auf der Sonne. Von besonderer Relevanz für unsere Studien waren die EUVI-Teleskope der STEREO-Mission, welche die äußeren Schichten der Sonne in unterschiedlichen Wellenlängenbändern im Extremen Ulravioletten mit sehr hoher Zeitkadenz abbilden. Die zentralen Ergebnisse des durchgeführten Projekts sind:

1) Globale koronale Wellen bewegen sich mit typischen Geschwindigkeiten im Bereich von 200-400 km/s. Während ihrer Ausbreitung zeigen sie eine Verlangsamung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit, einen Abfall der Störungsamplitude sowie eine Verbreitung der Wellenfronten. Die Sonnenmaterie wird durch diese sich in der Korona ausbreitenden Störungen nach unten beschleunigt und komprimiert.

2) Diese Beobachtungscharakteristika lassen die Schlussfolgerungen zu, dass die globalen Wellen schnelle magneto-akustische Wellen hoher Amplitude sind, die sich durch die Sonnenkorona ausbreiten und ein nicht-lineares Störungsverhalten aufweisen.

3) In ausgewählten Fällen konnte als Auslöser dieser Wellen die schnelle laterale Expansion des assoziierten koronalen Massenauswurfs identifiziert werden.