Warum erscheinen Sonnenflecken dunkel?

Sonnenflecken wie diese erscheinen dunkel:

Warum?

Typische Sonnenflecken haben eine dunkle Region (Umbra), die von einer helleren Region, dem Halbschatten, umgeben ist. Während Sonnenflecken eine Temperatur von ungefähr 6300 ° F (3482,2 ° C) haben, hat die Oberfläche der Sonne, die sie umgibt, eine Temperatur von 10.000 ° F (5537,8 ° C).

Aus dieser NASA-Ressource :

Sonnenflecken sind Regionen der Sonnenoberfläche, in denen sich das Magnetfeld der Sonne über das 1000-fache konzentriert. Wissenschaftler wissen noch nicht, wie das passiert. Magnetfelder erzeugen Druck und dieser Druck kann dazu führen, dass sich das Gas im Sonnenfleck im Gleichgewicht mit dem Gas außerhalb des Sonnenflecks befindet ... aber bei einer niedrigeren Temperatur. Sonnenflecken sind tatsächlich mehrere tausend Grad kühler als die Sonnenoberfläche bei 5.770 K (5496,8 ° C) und enthalten Gase mit einer Temperatur von 3000 bis 4000 K (2726,9 bis 3726,8 ° C). Sie sind nur im Gegensatz zur viel heißeren Sonnenoberfläche dunkel. Wenn Sie einen Sonnenfleck in den Nachthimmel stecken würden, würde er heller leuchten als der Vollmond mit einer purpurroten Farbe!

Sonnenflecken sind Bereiche mit intensiver magentischer Aktivität, wie auf diesem Bild zu sehen ist:

Sie können sehen, wie das Material in Stränge gespannt wird.

Aus dem Grund ist es kühler als der Rest der Oberfläche:

Obwohl die Details der Sonnenfleckenerzeugung noch erforscht sind, scheint es, dass Sonnenflecken die sichtbaren Gegenstücke von Magnetflussröhren in der Konvektionszone der Sonne sind, die durch unterschiedliche Rotation "aufgewickelt" werden . Wenn die Belastung der Röhren eine bestimmte Grenze erreicht, kräuseln sie sich wie ein Gummiband und durchstoßen die Sonnenoberfläche. An den Einstichstellen ist die Konvektion gehemmt; Der Energiefluss aus dem Inneren der Sonne nimmt ab. und damit Oberflächentemperatur.

Insgesamt erscheinen die Sonnenflecken dunkel, weil sie dunkler sind als die umgebende Oberfläche . Sie sind dunkler, weil sie kühler sind, und sie sind kühler wegen der starken Magnetfelder in ihnen.

Sonnenflecken sind kühler, weil ihre Magnetfelder die Wiederauffüllung der Wärme durch konvektive Strömungen verhindern (aufgrund der Wechselwirkung zwischen Plasma und Magnetfeldern). Dadurch können sie strahlend abkühlen. Der Rest der Sonnenoberfläche wird ständig durch Konvektionszellen aufgefüllt, die sie wieder erwärmen.

Sonnenplasma auf der Photosphäre strahlt grob als schwarzer Körper aus, was bedeutet, dass das Energie- (und Wellenlängen-) Spektrum der Strahlung der Plankenfunktion folgt. Die Plankenfunktion skaliert mit der Temperatur bei allen Energien (und Wellenlängen) auf und ab. Die Helligkeit eines schwarzen Körpers bei einer bestimmten Energie (oder Wellenlänge) wird durch den Wert der Plankenfunktion bei dieser Energie bestimmt.

Das von Ihnen gezeigte Bild stammt aus dem 'photosphärischen Kontinuum', einem von Schwarzkörpern dominierten Teil des Strahlungsspektrums. Da Sonnenflecken kühl sind (im Vergleich zu ihrer Umgebung), bedeutet dies, dass ihre Plankenfunktion geringer ist als die ihrer Umgebung, und daher ist ihre Helligkeit geringer, was dazu führt, dass sie im Bild dunkel erscheinen.