Sonnenstürme: Warum die Rückseite der Sonne uns bedroht
Können wir Sonnenstürme bald präzise vorhersagen? Der Solar Orbiter liefert spannende Daten von der Sonnenrückseite.
Die europäische Raumsonde Solar Orbiter liefert Bilder der Sonne, darunter auch Beobachtungen ihrer von unserer Perspektive aus gesehenen Rückseite.
Foto: ESA / AOES
Die Sonne bestimmt den Rhythmus unseres Lebens. Doch sie verbirgt auch Gefahren, die wir von der Erde aus oft erst spät erkennen. Unser Heimatstern dreht sich etwa alle 28 Tage einmal um die eigene Achse. Das bedeutet für uns: Eine aktive Region auf der Sonnenoberfläche bleibt maximal zwei Wochen lang im Blickfeld der irdischen Teleskope. Danach verschwindet sie für weitere 14 Tage auf der Rückseite. In dieser Zeit tappen wir im Dunkeln. Wir wissen nicht, wie sich die magnetischen Spannungen dort entwickeln oder ob sich ein gewaltiger Sturm zusammenbraut.
„Glücklicherweise hat die Mission Solar Orbiter, die 2020 von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gestartet wurde, unseren Blickwinkel erweitert“, sagt Ioannis Kontogiannis. Er ist Sonnenphysiker an der ETH Zürich und am Istituto ricerche solari Aldo e Cele Daccò (IRSOL) in Locarno. Die Raumsonde Solar Orbiter umkreist die Sonne auf einer speziellen Bahn. Sie ermöglicht es den Fachleuten, auch die Rückseite des Gestirns zu beobachten.
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Ein Monster gerät ins Visier
Zwischen April und Juli 2024 konzentrierten sich die Forschenden auf eine besondere Zone: die Region NOAA 13664. Sie entwickelte sich zu einer der aktivsten Regionen der vergangenen zwei Jahrzehnte. Im Mai 2024 drehte sie sich in Richtung Erde. Die Folgen waren weltweit spürbar. Es kam zu den stärksten geomagnetischen Stürmen seit dem Jahr 2003.
„Diese Region verursachte die spektakuläre Aurora Borealis, die bis in den Süden der Schweiz zu sehen war“, sagt Louise Harra, Professorin an der ETH Zürich und Direktorin des Physikalischen Meteorologischen Observatoriums Davos. Was für viele Menschen ein schönes Naturschauspiel am Nachthimmel war, bedeutete für Fachleute höchste Alarmbereitschaft.
Um die Mechanismen hinter solchen Ereignissen zu entschlüsseln, bildete sich ein internationales Team unter der Leitung von Harra und Kontogiannis. Die Strategie war so simpel wie effektiv: Sie kombinierten die Daten von zwei verschiedenen Standorten im All. Während der Solar Orbiter die Rückseite im Blick behielt, lieferte das Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA die Bilder von der Vorderseite.
94 Tage ohne Unterbrechung
Das Ergebnis dieser Kooperation ist ein neuer Datensatz in der Sonnenforschung. Die Gruppe konnte die Region NOAA 13664 fast 94 Tage lang lückenlos verfolgen. „Dies ist die längste kontinuierliche Bilderserie, die jemals für eine einzelne aktive Region erstellt wurde: ein Meilenstein in der Sonnenphysik“, sagt Kontogiannis.
Die Beobachtungen begannen am 16. April 2024 auf der Rückseite der Sonne. Sie endeten erst mit dem Zerfall der Region nach dem 18. Juli 2024. Die Fachleute sahen zu, wie sich die magnetischen Strukturen veränderten und immer komplexer wurden. In diesen aktiven Zonen brodelt es ständig. Stark magnetisiertes Plasma steigt aus dem Inneren auf und erreicht die Oberfläche.
Dort entstehen komplexe Magnetfelder. Wenn sich diese Felder verhaken oder abrupt umstrukturieren, entlädt sich die Energie in heftigen Eruptionen. Diese sogenannten Flares senden enorme Mengen an elektromagnetischer Strahlung aus. Gleichzeitig schleudert die Sonne hochenergetische Teilchen und Plasma mit hoher Geschwindigkeit in den Weltraum.
Die Technik am Boden ist verwundbar
Für unsere hochtechnisierte Gesellschaft ist dieses Weltraumwetter ein ernsthaftes Risiko. Die Auswirkungen betreffen viele Bereiche der modernen Infrastruktur. Sonnenstürme können Stromausfälle verursachen, indem sie induzierte Ströme in Transformatoren einspeisen. Sie stören die Kommunikation mit Satelliten und können diese sogar zum Absturz bringen. Ein bekanntes Beispiel ereignete sich im Februar 2022. Damals verlor das Unternehmen SpaceX 38 von 49 Starlink-Satelliten kurz nach dem Start, weil ein Sonnensturm die Atmosphäre aufgeheizt und den Luftwiderstand erhöht hatte.
Die Gefahren reichen bis auf die Erdoberfläche und betreffen auch den Schienenverkehr. „Sogar Signale auf Eisenbahnstrecken können beeinträchtigt werden und von rot auf grün oder umgekehrt umschalten“, sagt Harra. „Das ist wirklich beängstigend.“
Auch die Wirtschaft spürt die Folgen. Im Mai 2024 gab es Probleme in der Landwirtschaft. „Die moderne digitale Landwirtschaft war besonders betroffen“, sagt die Wissenschaftlerin. Viele Landwirte nutzen heute Satelliten, Drohnen und vernetzte Sensoren zur Steuerung ihrer Maschinen. Werden diese Signale gestört, stehen die Traktoren still. Das führt zu verlorenen Arbeitstagen und wirtschaftlichen Verlusten durch Ernteausfälle.
Das Rätsel der magnetischen Verschlingung
Durch die langen Beobachtungsreihen konnten die Forschenden erstmals verfolgen, wie sich das Magnetfeld über drei volle Sonnenrotationen hinweg entwickelte. Das Feld wurde mit der Zeit immer komplexer. Es bildete sich eine verflochtene Struktur aus magnetischen Schlingen.
Diese Spannung entlud sich schließlich am 20. Mai 2024. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Region NOAA 13664 gerade auf der Rückseite der Sonne. Es kam zur stärksten Sonneneruption der letzten 20 Jahre. Hätten wir keine Sonden hinter der Sonne, hätten wir den Ursprung dieses gewaltigen Ausbruchs kaum präzise bestimmen können.
„Das erinnert uns daran, dass die Sonne der einzige Stern ist, der unsere Aktivitäten beeinflusst“, fügt Kontogiannis hinzu. „Wir leben mit diesem Stern, daher ist es wirklich wichtig, dass wir ihn beobachten und versuchen zu verstehen, wie er funktioniert und wie er unsere Umwelt beeinflusst.“
Bessere Vorhersagen als Ziel
Das langfristige Ziel der Forschung ist die Verbesserung von Weltraumwettervorhersagen. Ingenieurinnen und Ingenieure müssen wissen, wann sie empfindliche Systeme schützen müssen. „Wenn wir eine Region auf der Sonne mit einem extrem komplexen Magnetfeld sehen, können wir davon ausgehen, dass dort eine große Menge an Energie vorhanden ist, die als Sonnenstürme freigesetzt werden muss“, erklärt Harra.
Noch fehlt jedoch die Fähigkeit, den genauen Zeitpunkt oder die exakte Stärke einer Eruption vorherzusagen. Es ist unklar, ob sich die Energie in einem gewaltigen Knall oder in vielen kleinen Entladungen löst. „So weit sind wir noch nicht. Aber wir entwickeln derzeit bei der ESA eine neue Weltraumsonde namens Vigil, die sich ausschließlich der Verbesserung unseres Verständnisses des Weltraumwetters widmen wird“, sagt die Forscherin.
Die Mission Vigil soll im Jahr 2031 starten. Sie wird an einem speziellen Punkt im All positioniert, von dem aus sie die Sonne quasi von der Seite betrachten kann. So sieht sie gefährliche Regionen, bevor diese sich zur Erde drehen. Bis dahin liefern Missionen wie der Solar Orbiter die nötigen Daten, um die physikalischen Grundlagen besser zu verstehen. Nur so lassen sich unsere Stromnetze und digitalen Systeme dauerhaft absichern.
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