Eine Sonneneruption ist ein intensiver Ausbruch von elektromagnetische Strahlung die in der Sonnenatmosphäre erzeugt werden – die Schichten aus spärlichem, aber heißem Gas, die über ihrer sichtbaren Oberfläche oder Photosphäre liegen.
Die enormen Energiemengen, die von einer typischen Sonneneruption freigesetzt werden, werden hauptsächlich im ultravioletten und ultravioletten Bereich abgestrahlt Röntgen Teil des elektromagnetischen (EM) Spektrums, bei kürzeren Wellenlängen mit höheren Energien als sichtbares Licht. Sonneneruptionen können in der Nähe befindliches Material erhitzen Sonne Atmosphäre und schleudert riesige Plasmaklumpen auf Erde in dem, was als bekannt ist koronaler Massenauswurf.
Die Erdatmosphäre filtert die meisten dieser Wellenlängen heraus, daher sind Satelliten und spezialisierte Instrumente an Bord von Raumfahrzeugen die Hauptwege, mit denen Wissenschaftler die hochenergetische Strahlung von Fackeln erkennen. Allerdings ist die sichtbares Licht Die Komponente einer Eruption kann von der Erde aus mit speziellen Sonnenbeobachtungsteleskopen beobachtet werden, die alle Wellenlängen bis auf ein schmales Band herausfiltern. In seltenen Fällen können starke Fackeln sogar als intensive, sternähnliche Lichtpunkte gesehen werden, die sich von der Sonnenscheibe abheben, wenn man sie betrachtet sichere Projektion durch ein Teleskop, nach Angaben der American Astronomical Society. (öffnet in neuem Tab)
„Sonneneruptionen werden danach klassifiziert, wie hell sie in weichen Röntgenstrahlen sind“, sagte Stephanie Yardley, Weltraumwetterspezialistin am Mullard Space Science Laboratory des University College London in Großbritannien, gegenüber Live Science. „Die schwächsten Fackeln gehören zur A- oder B-Klasse, während die stärksten Fackeln zur C-, M- oder X-Klasse gehören. Jeder Buchstabe steht für eine Energiesteigerung um den Faktor 10 und innerhalb jeder Klasse gibt es eine Zahlenskala von 1-9. Das größte Ereignis aller Zeiten war das Carrington Event im Jahr 1859 [named for English astronomer Richard Carrington, who spotted it by chance while observing the sun] die einen geschätzten weichen Röntgenpeak von X45 hat. Das zweitstärkste Ereignis war eine Sonneneruption der X35-Klasse am 4. November 2003.“
Jüngste Sonneneruptionen im Jahr 2022
Die Stärke und Häufigkeit von Eruptionen variiert zusammen mit vielen anderen Aspekten der Sonnenaktivität in einem „Sonnenzyklus“, der ungefähr 11 Jahre dauert. Dies ist die Zeit, die ein geordnetes globales Magnetfeld benötigt, um sich inmitten des aufgewühlten Plasmas der Sonne zu bilden, dann zu intensivieren, sich zu verheddern und vollständig zusammenzubrechen. Die Bildung von Magnetfeldschleifen, Sonnenflecken und Fackeln ist in der Mitte dieses Zyklus am größten – bekannt als Sonnenmaximum. Da sich das aktuelle Sonnenmaximum (voraussichtlich um 2024) nähert, nimmt die Zahl der Eruptionen derzeit stark zu.
Sonnenzyklus | Termine | Region | Start | maximal | Ende | |
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1 | X2.2 | 20.04.2022 | 2992 | 03:41 | 03:57 | 04:04 |
2 | X1.5 | 10.05.2022 | 3006 | 13:50 Uhr | 13:55 | 13:59 |
3 | X1.3 | 30.03.2022 | 2975 | 17:21 | 17:37 | 17:46 |
4 | X1.1 | 03.05.2022 | – | 13:08 | 13:25 | 13:31 |
5 | X1.1 | 17.04.2022 | 2994 | 13:37 | 13:47 Uhr | 13:52 |
Du kannst besuchen WeltraumWetterLive (öffnet in neuem Tab)woher die Daten für die obige Tabelle stammen, und sehen Sie sich die 50 größten Sonneneruptionen für jedes Jahr seit 1996 an.
Flare-Ursprünge
Fackeln bilden sich in Bereichen, in denen Schleifen von Magnetfeld durch die Sonnenatmosphäre laufen. Diese Schleifen werden durch das Aufwirbeln von Plasma (elektrisch geladenes heißes Gas) im Inneren der Sonne erzeugt und drängen durch die Oberfläche. Kühlere Bereiche um ihre Ein- und Austrittspunkte erscheinen als dunkle Sonnenflecken inmitten des heißeren, helleren Gases, während die Schleifen auch relativ kühles Gas entlang leiten und als dunkle „Filamente“ erscheinen, wenn sie sich gegen die Photosphäre abheben, oder als rosafarbene Vorsprünge um den Rand oder Rand der Sonne (am besten während einer totalen Sonnenfinsternis zu sehen).
Eine Flare tritt auf, wenn die unteren Bereiche einer Magnetschleife in einem Bereich der Atmosphäre, der als untere Korona bezeichnet wird, zusammengedrückt werden. Dadurch wird das Magnetfeld „kurzgeschlossen“ – es verbindet sich viel näher an der Oberfläche und schneidet das darüber liegende Material ab. Da eine magnetische Schleife hoch über der Oberfläche viel mehr Energie trägt als eine tiefer liegende, können diese Wiederverbindungsprozesse eine riesige Menge an überschüssiger Energie freisetzen. Dies erwärmt die Sonnenatmosphäre um den Wiederverbindungspunkt auf Temperaturen von 50 bis 68 Millionen Grad Fahrenheit (10 bis 20 Millionen Grad Celsius), viel heißer als die 2 Millionen F (1 Million C), die es normalerweise sind (öffnet in neuem Tab)wodurch es einen heftigen Strahlungsstoß aussendet.
CMEs und Protonenstürme
Astronomen verwenden den Begriff „Flare“ speziell für den Energie- und Strahlungsausbruch auf der Sonne, aber er wird mit einer Vielzahl anderer Effekte in Verbindung gebracht. Zum Beispiel kann Material aus der Sonnenatmosphäre, das durch die Fackel erhitzt wird, sich heftig ausdehnen und schließlich einen koronalen Massenauswurf oder CME bilden – eine riesige Partikelwolke, die in eine bestimmte Richtung ausgestoßen wird und mehrere Tage brauchen kann, um die Erdumlaufbahn zu erreichen.
Die heftigsten Fackeln erzeugen auch einen Effekt, der als solarer Protonensturm bezeichnet wird, da der Schock eines sich ausdehnenden CME nahe gelegene Protonen (subatomar geladene Teilchen) beschleunigt und sie mit weitaus höheren Geschwindigkeiten als der CME selbst nach außen treibt. In einigen Fällen, in denen das Magnetfeld der Sonne günstig ausgerichtet ist, können die Protonen einen erheblichen Bruchteil erreichen die Lichtgeschwindigkeit. EM-Strahlung von einer Fackel erreicht die Erde in etwas mehr als 8 Minuten, aber die schnellsten Protonenstürme können nur etwa 30 Minuten später eintreffen.
Auswirkungen auf die Erde
Hochenergetische Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlung von einer Fackel werden in der oberen Atmosphäre unseres Planeten absorbiert, und das Magnetfeld der Erde lenkt Sonnenprotonen weitgehend ab, was dazu beiträgt, die Erde vor den gefährlichsten Auswirkungen dieser Sonnenereignisse zu schützen. Sonneneruptionen können jedoch immer noch erhebliche Auswirkungen auf die Erde haben. Individuell Atome und Gasmoleküle in der Erdatmosphäre werden ionisiert oder elektrisch aufgeladen, wenn sie Strahlung von Fackeln absorbieren. Dies kann kurzwellige Funkkommunikation stören, die auf reflektierten Signalen von geladenen Gasen in der Ionosphärenschicht beruht. Elektrische Ströme, die durch die ionisierten Gase und innerhalb des Protonensturms fließen, können auch die Gesamtstruktur des Erdmagnetfelds verzerren (wenn auch nicht so stark wie die CME, die später zuschlagen kann).
„Flares der X-Klasse können Funkausfälle und lang anhaltende Strahlungsstürme in der oberen Atmosphäre der Erde auslösen“, sagte Yardley. „M-Klasse kann auch Funkausfälle in den Polarregionen der Erde zusammen mit kleineren Strahlungsstürmen verursachen.“
Sonneneruptionen mögen für das Leben auf der Erde kaum eine direkte Gefahr darstellen, aber was ist mit Astronauten außerhalb der Atmosphäre? Im Jahr 2005 NASA-Experten betrachteten die möglichen Auswirkungen eines Protonensturms auf zukünftige Weltraummissionen (öffnet in neuem Tab). Sie kamen zu dem Schluss, dass diejenigen innerhalb der schützenden Magnetosphäre der Erde relativ sicher wären, aber Astronauten in exponierten Umgebungen – wie auf der Oberfläche des mooh – nach Beschuss durch Sonnenprotonen anfällig für Strahlenkrankheit wäre.
Im Allgemeinen stellen Fackeln jedoch eine größere Gefahr für die menschliche Technologie dar als für den Menschen selbst. Röntgenstrahlen, die auf einen Satelliten treffen, können seine Materialien ionisieren, während Protonen die äußeren Oberflächen dieser Materialien elektrisieren und Kurzschlüsse und Fehlfunktionen verursachen können. Energie, die in die obere Atmosphäre geleitet wird, kann auch dazu führen, dass sich dort Gase erwärmen und ausdehnen, was den Luftwiderstand auf Satelliten erhöht und deren Umlaufbahnen zum Verfall bringt. Im Februar 2022 eine Flotte von mehr als 40 Starlink-Minisatelliten gingen verloren (öffnet in neuem Tab) auf diese Weise kurz nach dem Start.
Eine Superflare-Bedrohung?
Vielleicht überraschenderweise können rote Zwergsterne, die normalerweise viel schwächer und kühler als die Sonne sind, aufgrund von Unterschieden in ihrer inneren Struktur Eruptionen mit viel höherer Gesamtenergie erzeugen. Könnte unsere Sonne uns jemals mit einem so heftigen Ausbruch überraschen?
„Superflares werden von Sternen erzeugt, die sehr starke Magnetfelder haben und daher mit einer heftigeren Aktivität verbunden sind als unsere Sonne“, sagte Yardley. „Superflares treten jedoch auf Sternen auf, die unserer Sonne ähneln. Beweise aus der Untersuchung von Kohlenstoffisotopen, die in Baumringen gefunden wurden, deuten darauf hin, dass Superflares möglicherweise vor Tausenden von Jahren von unserer Sonne erzeugt wurden und in Zukunft auftreten könnten – aber diese Ereignisse sind extrem selten.“
Zusätzliche Ressourcen
Literaturverzeichnis
https://eos.org/research-spotlights/new-model-predicts-big-solar-proton-storms (öffnet in neuem Tab)
https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2005/10jun_newstorm/ (öffnet in neuem Tab)
https://www.spaceweatherlive.com/en/help/what-is-a-solar-radiation-storm.html (öffnet in neuem Tab)
https://www.stce.be/news/233/welcome.html (öffnet in neuem Tab)