Wissen

Was Sonneneruptionen anrichten "Wir haben die Sonne im Blick"

18367198.jpg

Das Bild der US-Raumfahrtbehörde NASA zeigt deutlich eine Sonneneruption.

(Foto: picture alliance / dpa)

Die Sonne bildet den Mittelpunkt unseres Sonnensystems. Der aus Gasen bestehende ultraheiße Stern liefert nicht nur das Licht für die Erde, sondern ist auch für die Wärme zuständig. Auf dem Zentralgestirn selbst herrscht Unwetter, das aus Sonnenstürmen und Protonenschauern besteht. Die Auswirkungen mancher Sonnenstürme sind sogar auf der Erde spürbar. Was Sonneneruptionen sind und wieso wir Menschen keine Angst davor haben müssen, erklärt Dr. Thomas Wiegelmann vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau in einem Gespräch mit n-tv.de.

n-tv.de: Was genau muss ich mir unter einer Sonneneruption vorstellen?

Dr. Thomas Wiegelmann: Es gibt zwei Dinge, die man bei einer Sonneneruption unterscheiden muss. Es gibt einmal sogenannte Flares, bei denen wir ein Aufhellen in der Sonnenatmosphäre beobachten. Große Flares können eine Promille der Sonnenoberfläche - das ist das Zehnfache der Erdoberfläche  einnehmen. Oftmals kann es bei solchen Flares zu einem materiellen Auswurf aus der Sonnenkorona, also der Sonnenatmosphäre, kommen. Dieser Vorgang wird als koronaler Massenauswurf bezeichnet. Millionen bis Milliarden Tonnen von Plasma - das ist ein heißes Gas, in dem sich Elektronen und Ionen befinden - werden ins interplanetare Medium hinausgeschleudert. Nach diesem Vorgang, der zwischen 10 und 90 Minuten dauern kann, nimmt die Helligkeit an diesem Fleck wieder ab.

Wie gut haben Sie die Vorgänge auf der Sonne im Blick?

9041659.jpg

Von drei Satelliten im All und mehreren Punkten der Erde aus wird die Sonne 24 Stunden am Tag observiert.

(Foto: picture-alliance/ dpa)

Wir können heute die Sonne von drei Seiten aus betrachten. Mit drei Satelliten im All und mehreren Sonnenobservatorien auf der Erde haben wir die Sonne aus verschiedenen Winkeln im Blick. Pro Tag können wir bei normaler Sonnenaktivität zwischen fünf und zehn solcher Flares in verschiedenen Stärken beobachten. Seit 2008 sind wir auch in der Lage, Sonneneruptionen mit einer hohen Genauigkeit vorherzusagen. Zum einen finden viele Sonneneruptionen in der Nähe von Sonnenflecken, in sogenannten aktiven Regionen statt. Zum anderen haben wir eine Methode entwickelt, mit der wir aus den gemessenen Daten der Sonne auf Sonnenausbrüche hingewiesen werden, denn schon Tage vorher kommt es zu drastischen Veränderungen im Magnetfeld der Sonne. Die Energie baut sich über einen längeren Zeitraum auf. Bei der Eruption wird ein Teil davon in Bewegungsenergie umgewandelt, welche das koronale Plasma in die Umgebung schleudert. Nach der Eruption sehen wir ein Magnetfeld geringerer Energie und schwächeren elektrischen Strömen.

Wie lassen sich denn bei diesen hohen Temperaturen die Daten aus dem Magnetfeld der Sonne gewinnen?

Nur auf der Photosphäre, das heißt, der sichtbaren Oberfläche der Sonne, ist das möglich. Mit Hilfe von Teleskopen, dem "Solar Flare Telescope" in Tokio und SOLIS (Synoptic Optical Long-term Investigations of the Sun) in Kitt Peak, Arizona, und vom Weltraum aus mit SDO (Solar Dynamics Observatory) messen wir die Stärke und Richtung des Magnetfeldes und rechnen dann die Magnetfelder der Korona der Sonne aus. Daten und Berechnungen werden schließlich mit Satellitenbildern verglichen. Wir können dann vorhersagen, in welche Richtung so eine Sonneneruption ausbricht und daraus folgend, ob sie die Erde erreicht. Die Vorhersagen variieren allerdings noch im Rahmen von 15 Stunden.

Welche Auswirkungen haben Sonneneruptionen auf das Leben auf der Erde?

Das ausgeschleuderte Plasma, mit den geladenen Ionen und Elektronen, kann mit dem
Plasma der Erdmagnetosphäre in Wechselwirkung treten und Luftmoleküle in der oberen Erdatmosphäre zum Leuchten bringen. Wir beobachten dann die sogenannten Polarlichter.  Je nach der Stärke der Sonnenstürme können auch Satelliten im All gestört werden. So kann es zu Problemen in Kommunikations- oder Navigationssystemen kommen. Durch das starke Magnetfeld werden Ströme induziert, die auf der Erde Stromtransformatoren zerstören können. Das ist beispielsweise 1989 im kanadischen Quebec passiert. Damals waren Millionen von Menschen rund neun Stunden ohne Strom. Der wirtschaftliche Schaden wurde auf hunderte Millionen Dollar geschätzt.

Experten gehen in Bezug auf die Häufigkeit der Sonneneruptionen von einem Zyklus aus. Worauf stützt sich diese Aussage?

Wenn man die Sonne beobachtet, kann man dunkle Flecken erkennen. Diese Sonnenflecken weisen auf ein starkes Magnetfeld hin. Das sind aktive Regionen auf der Sonne. Es gibt also Zeiten, in denen gibt es besonders viele solcher Sonnenflecken und wiederum Zeiten, in denen es besonders wenige Sonnenflecken gibt. Das letzte Maximum der Sonnenaktivität war zwischen 2001 und 2003 zu beobachten. Das letzte Minimum reichte bis 2009 und lag damit viele Monate über dem 11-Jahres-Zyklus.

Für 2012 wird das nächste Maximum der Sonnenaktivität prognostiziert. Wie gut kann man denn eine Sonneneruption vorhersagen?

9832163.jpg

Mit Hilfe des Doppelsatelliten der NASA kann die Sonne in dreidimensionalen Bildern wie diesem aufgenommen werden.

(Foto: picture-alliance/ dpa)

Wenn der Flare auf der Sonne passiert, können wir ihn nach acht Minuten beobachten, denn solange braucht das Licht von der Sonne bis zur Erde beziehungsweise erdnahen Satelliten. Das ausgeschleuderte Plasma benötigt circa zwei bis drei Tage für dieselbe Strecke. Wir können mit Rechenmodellen voraussagen, wie schnell diese Ausbrüche sind, in welchem Winkel das Plasma geschleudert wird und ob sie die Erde erreichen werden. Für den letzten Ausbruch am 14. Februar 2011 beispielsweise wurden Geschwindigkeiten zwischen 470 und 660 Kilometern pro Sekunde errechnet. Das ist relativ langsam für einen Sonnensturm. Durchschnittlich erreichen Sonnenstürme Geschwindigkeiten von 800 Kilometern pro Sekunde, das ist mehr als tausend Mal so schnell wie ein Verkehrsflugzeug.

Welche Auswirkungen haben Sonnenstürme auf der Erde?

Wir Menschen auf der Erde bemerken die Sonnenstürme nicht direkt. Es gibt jedoch zahlreiche indirekte Auswirkungen. Bei größeren Sonnenstürmen werden beispielsweise Raumfahrer gewarnt. Diese sollten bei einem Sonnensturm beispielsweise nicht im Außeneinsatz sein, weil die Strahlung sehr gefährlich ist. Oftmals werden auch Flugzeuge auf eine niedrigere Flugroute umgelenkt, damit die Menschen an Bord nicht von der Strahlung des Sonnensturmes belastet werden. Zudem ist der Ausfall von Kommunikations- und Navigationssystemen möglich. Die größte Gefahr besteht jedoch in großen Stromausfällen durch Sonnenstürme, denn daraus würde ein immenser wirtschaftlicher Schaden entstehen.

Die USA haben diesbezüglich Schutzprogramme. Fehlen diese in Europa?

wiegelmann.jpg

Dr. Thomas Wiegelmann arbeitet am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau.

Das ist die Frage, wie groß das Risiko eingeschätzt wird. Bisher hat es in Mitteleuropa meines Wissens keinen größeren Stromausfall durch Sonnenstürme gegeben. Nördlichere Breiten sind dementsprechend gefährdeter und der starke Sonnensturm 1989 hat auch in Teilen Schwedens zu Stromausfällen geführt. Auch sind die langen Überlandleitungen in Nordamerika durch die induzierten Ströme stärker gefährdet als die kürzeren Leitungen im dichten europäischen Stromnetz. Mögliche Schutzmaßnahmen bei akuter Sonnensturmwarnung sind das Abtrennen von Transformatoren vom Stromnetz, was ebenfalls zu zeitweiligen Stromausfällen führt, ohne das aber die Transformatoren zerstört werden. Hier muss man Kosten und Nutzen abwägen. Sinnvoll ist es auf jeden Fall, zu wissen, was passieren kann, wenn ein Sonnensturm tatsächlich auf die Erde trifft. Die Erde ist den Sonnenstürmen nicht schutzlos ausgeliefert. Durch ihr Magnetfeld schafft sie es, die Vielzahl der geladenen Partikel aus dem permanenten Strom von Sonnenstürmen von der Erde fernzuhalten. Entscheidend ist also, in welchem Winkel das Magnetfeld der Erde zum Sonnensturm steht.

Mit Dr. Thomas Wiegelmann sprach Jana Zeh

Quelle: n-tv.de

Mehr zum Thema