Ein Ausbruch auf der Sonne kann Millionen Kilometer entfernt Satelliten aus der Bahn bringen, GPS-Signale stören und sogar Stromnetze lahmlegen. Wie entstehen Sonnenstürme, was passiert beim Auftreffen auf die Erde und wie gut lassen sich die Folgen vorhersagen?
Im Februar 2022 brachte ein vergleichsweise schwacher geomagnetischer Sturm 38 Starlink-Satelliten zum Absturz. Zwei Jahre später erlebte die Erde einen der stärksten Sonnenstürme seit Jahrzehnten. Im Mai 2024 leuchteten Polarlichter sogar über Mitteleuropa. Die US-Wetterbehörde NOAA registrierte die höchste geomagnetische Sturmstufe G5.
Beide Ereignisse zeigen, wie unterschiedlich die Folgen von Sonnenaktivität ausfallen können. Während Polarlichter ein sichtbares Zeichen der Störungen im Erdmagnetfeld sind, bleiben die Auswirkungen auf Satelliten, Navigation und Stromversorgung meist unsichtbar.
Entscheidend ist nicht allein, wie heftig eine Eruption auf der Sonne ausfällt. Auch die Richtung des Ausbruchs und die Eigenschaften seines Magnetfeldes bestimmen, was auf der Erde passiert.
Inhaltsverzeichnis
- Was ist ein Sonnensturm?
- Wie entstehen Sonnenstürme?
- Wie lange braucht ein Sonnensturm bis zur Erde?
- Was passiert, wenn ein Sonnensturm die Erde trifft?
- Können Sonnenstürme einen Stromausfall auslösen?
- Wie Sonnenstürme Satelliten aus der Bahn bringen
- Warum GPS und Funkverbindungen gestört werden
- Wie gefährlich sind Sonnenstürme für Menschen?
- Wie stark kann ein Sonnensturm werden?
- Der Sonnensturm von Mai 2024 erreichte die höchste Stufe
- Was war der stärkste bekannte Sonnensturm?
- Können Sonnenstürme vorhergesagt werden?
- Wie aktiv ist die Sonne derzeit?
- Warum Sonnenstürme für unsere Technik ein Problem bleiben
Was ist ein Sonnensturm?
Als Sonnensturm bezeichnet man im allgemeinen Sprachgebrauch verschiedene Ereignisse, bei denen die Sonne große Mengen Energie oder geladene Teilchen freisetzt. Der Auslöser liegt in ihren Magnetfeldern.
Die Sonne besteht aus elektrisch leitfähigem Plasma, also einem Gas aus geladenen Teilchen. Durch die Bewegung dieses Plasmas verändern sich die Magnetfelder ständig. Dabei kann sich magnetische Energie aufbauen und schlagartig freigesetzt werden.
Drei Phänomene spielen dabei eine wichtige Rolle:
- Sonneneruptionen (Flares): Plötzliche Strahlungsausbrüche, bei denen unter anderem intensive Röntgen- und Ultraviolettstrahlung entsteht.
- Solare Teilchenereignisse: Dabei werden Protonen und andere geladene Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt.
- Koronale Massenauswürfe (CME): Riesige Wolken aus Plasma und Magnetfeld, die von der Sonne in den Weltraum geschleudert werden.
Diese Ereignisse können gemeinsam auftreten, müssen es aber nicht. Nicht jeder starke Flare wird von einem koronalen Massenauswurf begleitet. Und nicht jeder Massenauswurf trifft die Erde. Besonders wichtig für schwere geomagnetische Stürme sind CMEs. Trifft eine solche Plasmawolke auf das Magnetfeld der Erde, kann sie dort erhebliche Störungen auslösen.
Wie entstehen Sonnenstürme?
Die Ursache liegt häufig in besonders aktiven Regionen der Sonne. Dort treten starke, komplexe Magnetfelder auf, die sich durch die Bewegungen des Sonnenplasmas verändern. Ein sichtbares Zeichen solcher Regionen sind Sonnenflecken. Sie erscheinen dunkler als ihre Umgebung, weil ihre Oberflächentemperatur niedriger ist. Die starken Magnetfelder behindern dort den Wärmetransport aus dem Sonneninneren.
In der Sonnenatmosphäre können sich die Magnetfelder stark verformen. Unter bestimmten Bedingungen kommt es zur sogenannten magnetischen Rekonnexion. Dabei ändert sich die Verknüpfung der Magnetfeldlinien, und gespeicherte magnetische Energie wird freigesetzt. Das kann einen intensiven Strahlungsausbruch auslösen oder große Plasmamengen ins All schleudern.
Wie extrem solche Ausbrüche theoretisch werden können, untersuchen auch Forschende des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung. Eine aktuelle Studie beschäftigt sich mit der Frage, ob unsere Sonne sogar einen besonders energiereichen Superflare erzeugen könnte.
Wie lange braucht ein Sonnensturm bis zur Erde?
Zwischen Sonne und Erde liegen durchschnittlich rund 150 Mio. km. Wie schnell sich ein Sonnenereignis auf der Erde bemerkbar macht, hängt davon ab, was freigesetzt wurde.
| Ereignis | Typische Zeit bis zur Erde |
| Elektromagnetische Strahlung eines Flares | Rund 8 Minuten |
| Besonders schnelle energiereiche Teilchen | Etwa 30 Minuten oder weniger |
| Koronaler Massenauswurf | Häufig 1 bis 3 Tage |
Ein Flare kann also fast unmittelbar nach seiner Beobachtung Auswirkungen auf Funkverbindungen haben. Ein CME benötigt deutlich länger. Seine Geschwindigkeit und Flugrichtung lassen sich nach dem Ausbruch verfolgen, sodass mehr Zeit für Warnungen bleibt. Allerdings erreicht nicht jede Plasmawolke die Erde. Manche ziehen seitlich vorbei, andere sind zu schwach, um größere geomagnetische Störungen auszulösen.
Was passiert, wenn ein Sonnensturm die Erde trifft?
Die Erde besitzt ein Magnetfeld, das weit in den Weltraum reicht. Dieser Bereich wird Magnetosphäre genannt. Er lenkt einen großen Teil des elektrisch geladenen Sonnenwindes um unseren Planeten herum. Trifft ein koronaler Massenauswurf auf die Magnetosphäre, wird sie auf der sonnenzugewandten Seite zusammengedrückt. Gleichzeitig kann Energie aus dem Sonnenwind in das Erdmagnetfeld übertragen werden.
Besonders wirkungsvoll ist ein länger anhaltendes, südwärts gerichtetes Magnetfeld innerhalb der herannahenden Plasmawolke. Es begünstigt die magnetische Rekonnexion mit dem Erdmagnetfeld. Dadurch kann zusätzliche Energie in die Magnetosphäre gelangen. Elektrische Ströme verändern sich, geladene Teilchen werden beschleunigt und die Ionosphäre wird gestört. Wissenschaftler sprechen dann von einem geomagnetischen Sturm.
Das sichtbare Ergebnis können Polarlichter sein.Geladene Teilchen regen Sauerstoff und Stickstoff in der oberen Atmosphäre zum Leuchten an. Bei starken Stürmen reicht die Aktivität weit über die Polarregionen hinaus. Dann sind Polarlichter auch in Deutschland zu sehen. Wie die verschiedenen Farben entstehen und weshalb sie gelegentlich bis nach Mitteleuropa reichen, erklären wir ausführlicher im Beitrag Polarlichter über Deutschland: Physik in den schönsten Farben (öffnet in neuem Fenster).
Können Sonnenstürme einen Stromausfall auslösen?
Ja. Dass Sonnenstürme ganze Stromnetze lahmlegen können, ist seit Jahrzehnten bekannt. Am 13. März 1989 fiel in der kanadischen Provinz Québec großflächig der Strom aus. Rund sechs Millionen Menschen waren betroffen. Die Störungen dauerten bis zu neun Stunden. Die Ursache war ein starker geomagnetischer Sturm.
Die Veränderungen des Erdmagnetfeldes erzeugten elektrische Felder im Untergrund und an der Erdoberfläche. Dadurch flossen sogenannte geomagnetisch induzierte Ströme durch das weit verzweigte Stromnetz.
Solche Ströme können Transformatoren in problematische Betriebszustände bringen. Unter anderem können sie die magnetischen Kerne zeitweise in die Sättigung treiben. Das erhöht den Blindleistungsbedarf und kann starke Erwärmung verursachen. In Québec lösten Schutzeinrichtungen aus. Innerhalb kurzer Zeit brach das Stromnetz zusammen.
Wie anfällig ein Stromnetz für solche Störungen ist, hängt von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören die Länge der Leitungen, die Eigenschaften des Untergrunds, die geografische Lage und der Aufbau der Transformatoren.
Netzbetreiber können auf Weltraumwetterwarnungen reagieren, etwa durch Anpassungen des Netzbetriebs und eine verstärkte Überwachung gefährdeter Anlagen. Ein geomagnetischer Sturm führt deshalb nicht zwangsläufig zu einem Stromausfall.
Wie Sonnenstürme Satelliten aus der Bahn bringen
Besonders empfindlich reagieren Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen. Hier kann ein geomagnetischer Sturm gleich auf zwei Arten Probleme verursachen. Zum einen können energiereiche Teilchen elektronische Bauteile stören. Sie können beispielsweise Speicherfehler auslösen oder empfindliche Komponenten beschädigen.
Zum anderen kann sich die obere Atmosphäre während eines geomagnetischen Sturms erwärmen und ausdehnen. In mehreren hundert Kilometern Höhe steigt dadurch die Dichte der verbliebenen Atmosphäre. Satelliten erfahren mehr Luftwiderstand und verlieren schneller an Höhe.
Wie gefährlich das werden kann, zeigte sich im Februar 2022. SpaceX hatte am 3. Februar 49 Starlink-Satelliten gestartet. Sie wurden zunächst in einer besonders niedrigen Umlaufbahn ausgesetzt, bevor sie ihre vorgesehene Betriebshöhe erreichen sollten. Doch ein geomagnetischer Sturm erhöhte den Luftwiderstand. 38 der 49 Satelliten verloren so stark an Höhe, dass sie wieder in die Erdatmosphäre eintraten.
Eine 2024 veröffentlichte Studie zeigt, dass nicht allein das Weltraumwetter für die Verluste verantwortlich war. Entscheidend war das Zusammenwirken mit der niedrigen Einsatzhöhe und den Eigenschaften der Satelliten. Das Beispiel macht deutlich: Selbst ein nicht außergewöhnlich starker geomagnetischer Sturm kann erhebliche Folgen haben, wenn Raumfahrzeuge unter ungünstigen Bedingungen betrieben werden.
Warum GPS und Funkverbindungen gestört werden
Auch Navigationssysteme reagieren empfindlich auf Sonnenaktivität. Betroffen sind unter anderem GPS, Galileo und andere globale Satellitennavigationssysteme (GNSS). Ihre Signale müssen auf dem Weg zur Erde die Ionosphäre durchqueren. In dieser Atmosphärenschicht befinden sich elektrisch geladene Teilchen, deren Konzentration sich bei einem Sonnensturm stark verändern kann.
Dadurch ändern sich die Laufzeiten der Funksignale. Die Positionsberechnung wird ungenauer. Bei starken Störungen kann ein Empfänger zeitweise sogar den Kontakt zu einzelnen Satellitensignalen verlieren. Besonders wichtig ist das für Anwendungen, die eine hohe Positionsgenauigkeit benötigen. Dazu gehören Vermessung, Präzisionslandwirtschaft und bestimmte Navigationsverfahren in der Luftfahrt.
Neben der Satellitennavigation kann auch der Kurzwellenfunk beeinträchtigt werden. Intensive Röntgen- und Ultraviolettstrahlung verändert die Ionisation der oberen Atmosphäre. Funksignale werden dadurch stärker absorbiert. Besonders auf der sonnenbeschienenen Erdseite können nach starken Flares erhebliche Funkstörungen auftreten.
Wie gefährlich sind Sonnenstürme für Menschen?
Für Menschen auf der Erdoberfläche besteht durch gewöhnliche Sonnenstürme keine direkte Gesundheitsgefahr. Die Atmosphäre und das Erdmagnetfeld bieten einen wirksamen Schutz vor einem Großteil der energiereichen Teilchen.
Anders sieht es in der Raumfahrt aus. Astronautinnen und Astronauten sind außerhalb des Schutzes der Erdatmosphäre deutlich stärker ionisierender Strahlung ausgesetzt. Besonders bei Außenbordeinsätzen oder Missionen zum Mond und Mars können intensive solare Teilchenereignisse gefährlich werden.
Raumfahrzeuge benötigen deshalb geeignete Strahlenschutzkonzepte. Dazu gehören abgeschirmte Bereiche, in die sich die Besatzung während eines starken Teilchenereignisses zurückziehen kann.
Auch im Flugverkehr spielt Weltraumwetter eine Rolle. Auf hoch gelegenen Flugrouten, insbesondere über den Polarregionen, können solare Teilchenereignisse die Strahlenbelastung erhöhen. Zusätzlich sind dort Störungen des Kurzwellenfunks möglich.
Fluggesellschaften können deshalb bei entsprechenden Warnungen Routen oder Flughöhen anpassen.
Wie stark kann ein Sonnensturm werden?
Die US-Wetterbehörde NOAA verwendet drei verschiedene Skalen, um Weltraumwetterereignisse und ihre möglichen Auswirkungen einzuordnen.
| Skala | Bedeutung | Mögliche Auswirkungen |
| G1 bis G5 | Geomagnetische Stürme | Stromnetze, Satelliten, Navigation und Polarlichter |
| S1 bis S5 | Solare Strahlungsstürme | Strahlenbelastung, Satellitenelektronik und Polarfunk |
| R1 bis R5 | Radio-Blackouts | Störungen des Kurzwellenfunks |
Die Stufe 1 steht jeweils für geringe, Stufe 5 für extreme Auswirkungen.
Davon zu unterscheiden ist die Klassifizierung von Sonneneruptionen. Flares werden anhand ihres Röntgenflusses in die Klassen A, B, C, M und X eingeteilt.
Die Einteilung ist logarithmisch. Ein X1-Flare hat im maßgeblichen Röntgenwellenlängenbereich den zehnfachen Spitzenfluss eines M1-Flares. Ein X2-Flare erreicht entsprechend das Zwanzigfache.
Die Stärke eines Flares sagt allerdings nicht unmittelbar aus, wie schwer ein geomagnetischer Sturm auf der Erde ausfallen wird. Dafür sind insbesondere die Eigenschaften eines möglichen koronalen Massenauswurfs entscheidend.
Der Sonnensturm von Mai 2024 erreichte die höchste Stufe
Wie stark solche Ereignisse ausfallen können, zeigte der Mai 2024. Damals erreichten mehrere koronale Massenauswürfe die Erde innerhalb kurzer Zeit.
Die NOAA registrierte einen geomagnetischen Sturm der Kategorie G5, der höchsten Stufe ihrer Skala. Ein Ereignis dieser Größenordnung war zuletzt 2003 beobachtet worden. Die Folgen waren weltweit sichtbar. Polarlichter erschienen in Regionen, in denen sie normalerweise selten auftreten.
Elizabeth MacDonald, Weltraumphysikerin am Goddard Space Flight Center der Nasa, erklärte in einem Nasa-Bericht über das Ereignis: „Die CMEs trafen alle fast gleichzeitig ein, und die Bedingungen waren genau richtig, um einen wirklich historischen Sturm auszulösen.“ Die Nasa nutzte die Beobachtungen mehrerer Raumsonden, um das Ereignis genauer zu untersuchen. Solche Messungen sind wichtig, um die Vorhersagemodelle zu verbessern.
Was war der stärkste bekannte Sonnensturm?
Als eines der extremsten dokumentierten Ereignisse gilt der sogenannte Carrington-Sturm vom September 1859. Damals beobachtete der britische Astronom Richard Carrington einen außergewöhnlich hellen Ausbruch auf der Sonne. Kurz darauf kam es auf der Erde zu schweren geomagnetischen Störungen.
Polarlichter waren bis in ungewöhnlich niedrige geografische Breiten zu sehen. Gleichzeitig versagten Teile der damals noch jungen Telegrafennetze. Es kam zu elektrischen Entladungen und Störungen an den Geräten.
Das Carrington-Ereignis gilt als eines der stärksten bekannten geomagnetischen Ereignisse. Seine genaue Stärke lässt sich allerdings nicht direkt mit heutigen Messwerten vergleichen, da es damals noch keine moderne Satellitenüberwachung gab.
Die historischen Beobachtungen liefern dennoch wertvolle Hinweise darauf, welche Ausmaße extremes Weltraumwetter erreichen kann.
Können Sonnenstürme vorhergesagt werden?
Die Überwachung der Sonne hat sich deutlich verbessert. Raumsonden und Satelliten beobachten ihre Oberfläche, ihre Atmosphäre und den Sonnenwind nahezu kontinuierlich.
Zu den wichtigen Instrumenten gehören das Solar Dynamics Observatory (SDO), das Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) und die europäische Raumsonde Solar Orbiter.
Mit ihren Daten lassen sich aktive Regionen verfolgen und koronale Massenauswürfe nach einem Ausbruch untersuchen. Aus der Geschwindigkeit und Ausbreitungsrichtung können Fachleute abschätzen, wann eine Plasmawolke die Erde erreichen könnte.
Schwieriger ist die Vorhersage ihrer tatsächlichen Wirkung. Besonders wichtig ist die Richtung des Magnetfeldes innerhalb des Massenauswurfs. Sie lässt sich aus der Ferne nur begrenzt zuverlässig bestimmen. Genauere Messungen sind häufig erst möglich, wenn die Plasmawolke einen Messsatelliten in Erdnähe erreicht. Die verbleibende Vorwarnzeit beträgt dann oft nur einige zehn Minuten.
Die europäische Raumsonde Solar Orbiter soll helfen, aktive Regionen besser zu verstehen. Wie Forschende mithilfe ihrer Beobachtungen die Entwicklung einer Sonnenregion über Monate verfolgen konnten, zeigt unser Beitrag Sonnenstürme: Warum die Rückseite der Sonne uns bedroht.
Wie aktiv ist die Sonne derzeit?
Die Sonnenaktivität verändert sich in einem Zyklus von durchschnittlich rund elf Jahren. In dieser Zeit nimmt die Zahl der Sonnenflecken zunächst zu, erreicht ein Maximum und geht anschließend wieder zurück.
Der aktuelle 25. Sonnenzyklus begann im Dezember 2019. Sein Maximum erreichte er nach Auswertung des belgischen Solar Influences Data Analysis Center (SIDC) im Oktober 2024.
Der geglättete monatliche Sonnenfleckenwert lag damals bei rund 161. Damit war der Zyklus deutlich aktiver, als eine frühe internationale Prognose aus dem Jahr 2019 erwartet hatte.
Seit dem Maximum hat die Sonnenaktivität insgesamt abgenommen. Einzelne starke Ausbrüche und geomagnetische Stürme sind aber weiterhin möglich. Das zeigen auch die Ereignisse aus dem Jahr 2026. Ein starker geomagnetischer Sturm sorgte beispielsweise im Januar erneut für weit verbreitete Polarlichter.
Wer die aktuelle Situation verfolgen möchte, findet beim Space Weather Prediction Center der NOAA fortlaufend Messdaten, Warnungen und Vorhersagen.
Warum Sonnenstürme für unsere Technik ein Problem bleiben
Unsere Abhängigkeit von satellitengestützter Navigation, globalen Kommunikationsnetzen und einer stabilen Stromversorgung macht die Beobachtung des Weltraumwetters wichtig.
Ein schwerer geomagnetischer Sturm kann mehrere dieser Systeme gleichzeitig beeinträchtigen. Welche Folgen tatsächlich entstehen, hängt von der Stärke des Ereignisses und der Widerstandsfähigkeit der betroffenen Infrastruktur ab.
Der Verlust der Starlink-Satelliten 2022 und der G5-Sturm im Mai 2024 zeigen zwei unterschiedliche Seiten desselben Problems. Auch schwächere Stürme können unter ungünstigen Bedingungen große Schäden verursachen. Sehr starke Ereignisse wiederum erreichen Regionen und technische Systeme, die bei gewöhnlicher Sonnenaktivität kaum betroffen sind.
Deshalb überwachen Weltraumwetterdienste die Sonne rund um die Uhr. Je früher Betreiber gefährdeter Systeme wissen, womit sie rechnen müssen, desto besser können sie sich vorbereiten.
Quellen
- NOAA: Space Weather – Storms from the Sun – Grundlagen und technische Auswirkungen.
- NOAA: Space Weather Scales – Einordnung der G-, S- und R-Stufen.
- Nasa: Solar Storms and Flares – Entstehung und Laufzeiten solarer Ereignisse.
- Nasa: How NASA Tracked the Most Intense Solar Storm in Decades – G5-Sturm vom Mai 2024 und Originalzitat von Elizabeth MacDonald.
- Fang et al.: Space Weather Environment During the SpaceX Starlink Satellite Loss in February 2022 – Studie zu den Satellitenverlusten.
- SIDC: Solar Cycle 25 reached its maximum in October 2024 – Bestimmung des Sonnenmaximums und weitere Ereignisse.
- Natural Resources Canada: Learning about Space Weather – Technische Ursachen des Stromausfalls in Québec 1989.
- NOAA: When Solar Storms Attack – Historische Einordnung des Carrington-Ereignisses.
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