Sonnenstürme: Wie die Sonne für die Erde gefährlich wird

Ein Sonnensturm kann große Schäden auf der Erde anrichten und auch Satelliten in Mitleidenschaft ziehen. Wie die Sonne der Erde gefährlich wird und was die Forschung dagegen unternimmt.

Frankfurt – Schaut man an einem sonnigen Tag in den Himmel, kann man es sich kaum vorstellen: Die Sonne, ein Garant des Lebens auf der Erde, kann der Erde gefährlich werden. Es durchläuft einen 11-jährigen Aktivitätszyklus, in dem seine Aktivität bis zum Sonnenmaximum ansteigt und dann wieder abnimmt. Wenn die Sonne aktiv ist, sind mehr Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche zu sehen, und die Sonne stößt in heftigen Eruptionen Materie von sich weg. Bei diesen sogenannten koronalen Massenauswürfen (CMEs) werden geladene Teilchen von der Sonne ausgestoßen, die als Sonnensturm durchs All rasen.

Gelegentlich trifft ein solcher Sonnensturm auf die Erde und interagiert mit dem Erdmagnetfeld – weshalb auch der Begriff geomagnetischer Sturm geläufig ist. Im besten Fall erscheinen bunte Nordlichter an den Polen – im schlimmsten Fall können Sonnenstürme „zu erheblichen Störungen auf der Erde und im erdnahen Weltraum bis hin zum Ausfall kritischer Infrastruktur führen“, erklärt Astrophysiker Dr. Volker Bothmer , der am Institut für Astrophysik der Universität Göttingen forscht. Besonders betroffen sind Kommunikations- und Navigationssysteme, Stromnetze, Ölpipelines, elektronische Systeme von Raumsonden und die damit verbundenen Strukturen wie die globale Vernetzung durch das Internet oder die Trinkwasserversorgung. Aber Bothmer sieht auch Risiken für Astronauten und Flugpersonal: Sie seien einer erhöhten Strahlenbelastung ausgesetzt.

Sonnensturm zerstört 40 „Starlink“-Satelliten von SpaceX

„Wir wissen, dass eine erhöhte atmosphärische Reibung bei erhöhter Sonnenaktivität auch dazu führt, dass Satelliten an Höhe verlieren“, erklärt der Astrophysiker. Dieses Phänomen bekam kürzlich Elon Musks privates Raumfahrtunternehmen SpaceX zu spüren: 40 Satelliten der „Starlink“-Konstellation des Unternehmens wurden durch die Auswirkungen eines Sonnensturms zerstört. Eine Partikelwolke von der Sonne, die die Erde erreichte, verursachte eine Erwärmung der oberen Atmosphäre und erhöhte vorübergehend den Luftwiderstand.

Schlechtes Timing für die „Starlink“-Satelliten: Sie waren gerade gestartet und befanden sich noch in einer sehr niedrigen Erdumlaufbahn, in etwa 210 Kilometern Höhe. SpaceX testet die Satelliten normalerweise in dieser Höhe – „Starlinks“, die nicht funktionieren, können sofort wieder abgestürzt werden, während funktionierende Satelliten in die Umlaufbahn gehoben werden. 40 von 49 Satelliten konnten dem erhöhten Luftwiderstand nichts entgegensetzen und stürzten ab oder werden in naher Zukunft abstürzen, wie SpaceX mitteilte.

Ein massiver Sonnensturm kann auf der Erde großen Schaden anrichten

Es war das erste Mal, dass Satelliten so stark von einem Sonnensturm betroffen waren, aber es war vielleicht nicht der letzte. Der aktuelle Sonnenzyklus hat gerade erst begonnen, sein Maximum wird im Jahr 2025 erwartet. Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, was auf der Erde passieren kann, wenn sie von einem gewaltigen Sonnensturm heimgesucht wird: 1859 traf der größte wissenschaftlich beobachtete Sonnensturm auf die Erde, heute als Carrington-Ereignis bekannt. Damals waren Polarlichter – die eher nördlich zu sehen sind – weit südlich in Rom und Hawaii zu sehen. Besonders stark betroffen waren Telegraphenleitungen, die Funken sprühten und Papier in Brand setzten.

Ein Sonnensturm wie das Carrington-Ereignis könnte Schäden in Milliardenhöhe verursachen

Elektrizität war damals noch nicht weit verbreitet, daher waren die Auswirkungen des Sonnensturms begrenzt. Würde heute ein Sonnensturm mit der Wucht des Carrington-Ereignisses auf die Erde treffen, wären die Auswirkungen noch viel größer: „Aus konkreten Untersuchungen der betroffenen Infrastrukturen in verschiedenen europäischen Ländern und den USA lassen sich wirtschaftliche Schäden in Milliardenhöhe abschätzen“, betont Bothmer . „Extremereignisse, wie der Carrington-Sturm im Jahr 1859, treten laut unserer Datenanalyse etwa alle 100 bis 150 Jahre auf“, fährt der Experte fort.

Dem Astrophysiker zufolge gibt es in einem elfjährigen Sonnenzyklus mehr als 1.000 Sonnenstürme, von denen etwa 50 Geschwindigkeiten erreichen, „die zu sehr starken Auswirkungen auf der Erde führen“. Bothmer gibt aber auch Entwarnung: „Glücklicherweise erreichen uns viele davon nicht und haben nicht die speziellen Magnetfeldeigenschaften, um das Erdmagnetfeld richtig zu stören.“

Spezielle Teleskope beobachten Sonne und Weltraumwetter

Dank spezieller Teleskope kann man die koronalen Massenauswürfe auf der Sonne beobachten und Sonnenstürme vorhersagen. Aktuell werden hierfür das „Solar and Heliospheric Observatory“ (Soho) der Raumfahrtorganisationen Nasa und Esa sowie die Nasa-Sonde Stereo-A genutzt. Wenn ein koronaler Massenauswurf stattgefunden hat, können Forscher „aus einer 3D-Analyse die Ausbreitungsgeschwindigkeit und -richtung ableiten“, erklärt Bothmer. „Dann beträgt die Vorhersagezeit je nach Geschwindigkeit 12 Stunden bis einige Tage.“ Diese Zeit kann genutzt werden, um gefährdete Infrastruktur bestmöglich zu schützen: „Man kann Satelliten in den abgesicherten Modus schalten, Flugzeuge am Boden lassen, Fehler in Kommunikations- und Navigationssystemen korrigieren oder Stromnetze entsprechend steuern“, zählt der Astrophysiker auf.

Für die kommenden Jahre sind weitere Weltraummissionen zur Beobachtung des Weltraumwetters geplant. Die US-Raumfahrtbehörde Nasa hat gerade zwei neue Solarmissionen ausgewählt, die helfen sollen, „entscheidende Wissenslücken bezüglich der Verbindung zwischen Sonne und Erde zu schließen“, wie die Nasa-Direktorin der Abteilung für Heliophysik, Nicola Fox, in einer Nasa-Mitteilung feststellt zitiert. „Es wird mehr Einblick in das Weltraumwetter geben.“ Darüber hinaus plant die NASA, im Rahmen der Mission „SunRISE“ im Jahr 2023 mehrere Kleinsatelliten zur Beobachtung des Weltraumwetters zu starten. Mitte der 2020er-Jahre will die europäische Raumfahrtagentur Esa die Mission „Vigil“ ins All schicken. Die Raumsonde soll die Sonne permanent beobachten und Frühwarnungen ermöglichen. (Tab)

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