Göttinger Forscher rechnen nach: Unsere Sonne könnte einen Superflare erzeugen
Neue Studie: Unsere Sonne könnte grundsätzlich Superflares erzeugen. Ein riesiger Sonnenfleck von 1947 liefert dafür wichtige Hinweise.
Künstlerische Darstellung eines Superflares auf einem sonnenähnlichen Stern. Solche extremen Strahlungsausbrüche setzen deutlich mehr Energie frei als die stärksten bislang direkt auf der Sonne beobachteten Flares. Neue Berechnungen zeigen, dass auch unsere Sonne grundsätzlich das Potenzial für einen Superflare besitzen könnte.
Kann die Sonne einen Ausbruch erzeugen, der alles übertrifft, was wir bisher von ihr kennen? Neue Berechnungen des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) und der University of Colorado sprechen dafür. Unter extremen Bedingungen könnte unsere Sonne demnach tatsächlich einen sogenannten Superflare hervorbringen.
Für ihre Analyse kombinierten die Forschenden Daten moderner Sonneneruptionen mit historischen Aufzeichnungen besonders großer Sonnenflecken. Eine zentrale Rolle spielt dabei eine außergewöhnlich große Sonnenfleckengruppe aus dem Jahr 1947. Die Berechnungen zeigen: Aktive Regionen dieser Größenordnung könnten im Extremfall Flares mit Energien von etwa 1034 Erg oder mehr freisetzen. Das entspricht mindestens 1027 Joule.
Damit würde die Sonne den Bereich erreichen, den die Forschenden in ihrer Studie als Superflare einstufen. Ob ein solcher Ausbruch auf unserer Sonne tatsächlich schon einmal stattgefunden hat, bleibt allerdings offen.
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Bisher lag die vermutete Grenze niedriger
Andere sonnenähnliche Sterne zeigen Ausbrüche, die deutlich energiereicher sind als alles, was bislang auf unserer Sonne beobachtet wurde. Eine Studie aus dem Jahr 2024 kam bei 56.450 sonnenähnlichen Sternen zu dem Ergebnis, dass Superflares mit mehr als 1034 Erg dort statistisch etwa einmal pro Jahrhundert und Stern auftreten.
Was bedeutet „Erg“?
Das Erg ist eine ältere Einheit für Energie aus dem sogenannten CGS-Einheitensystem. In der Astrophysik wird sie bis heute häufig verwendet.
1 Erg = 0,0000001 Joule = 10-7 Joule.
Eine Flare-Energie von 1034 Erg entspricht damit 1027 Joule. In der aktuellen Studie gilt diese Größenordnung als Schwelle für einen Superflare.
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Ob unsere Sonne ebenfalls zu solchen Ausbrüchen fähig ist, war bislang unklar. Frühere Modellrechnungen sprachen eher dagegen. Eine viel zitierte Simulation aus dem Jahr 2013 schätzte die maximale Energie für die größte bekannte Sonnenfleckengruppe auf etwa 6 x 1033 Erg. Das ist enorm, liegt aber noch unter der Grenze, die in der neuen Studie für einen Superflare angesetzt wird.
Die aktuelle Untersuchung nähert sich der Frage deshalb anders. Statt nur zu berechnen, was ein theoretisches Sonnenmodell zulässt, leiten die Forschenden die mögliche Maximalenergie aus tatsächlich beobachteten Flares und historischen Sonnenflecken ab.
Leuchtende Bänder verraten die Energie eines Flares
Für ihre Analyse nutzten die Forschenden Daten des Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA. Der ausgewertete Katalog umfasst 3137 Sonneneruptionen aus den Jahren 2010 bis 2016. Darunter befinden sich 306 besonders starke Flares der Klassen M und X.
Eine wichtige Rolle spielen dabei sogenannte Flare-Ribbons. Diese hellen, länglichen Bänder erscheinen während eines Ausbruchs in der Sonnenatmosphäre. Sie zeigen, welche Bereiche des Magnetfelds an der Eruption beteiligt sind.
Vereinfacht gilt: Je größer die Flare-Ribbons sind und je stärker das Magnetfeld in diesen Bereichen ist, desto mehr magnetische Energie kann freigesetzt werden. So lässt sich abschätzen, wie energiereich ein Flare werden kann.
Die Forschenden verknüpften dafür mehrere Größen miteinander:
Größe der Sonnenfleckengruppe → Größe der aktiven Region → Fläche der Flare-Ribbons → mögliche Flare-Energie
Besonders interessant war für das Team der Extremfall: Wie viel Energie könnte frei werden, wenn eine außergewöhnlich große aktive Region einen besonders starken Flare hervorbringt? Genau diese Beziehung übertrugen die Forschenden anschließend auf die größten historisch bekannten Sonnenflecken.
Der Sonnenfleck von 1947 sprengt die üblichen Dimensionen
Der Extremfall findet sich im April 1947. Am 8. April erreichte die Sonnenfleckengruppe RGO 14886 ihre maximale Ausdehnung. Sie gilt als größte Sonnenfleckengruppe seit Beginn systematischer Flächenmessungen im 19. Jahrhundert.
Ihre korrigierte Fläche betrug rund 6132 Millionstel einer Sonnenhemisphäre. Zum Vergleich: Die große aktive Region, die im Oktober 2003 die sogenannten Halloween-Stürme hervorbrachte, erreichte rund 3500 Millionstel. Ein riesiger Sonnenfleck ist allerdings noch kein Garant für einen extremen Ausbruch. Die Region von 1947 ist sogar ein gutes Gegenbeispiel: Trotz ihrer enormen Größe ist von ihr kein entsprechend außergewöhnlicher Flare bekannt.
Neben der Fläche kommt es auf die magnetische Struktur an. Große aktive Regionen können viel magnetische Energie speichern. Ob diese Energie tatsächlich in einem gewaltigen Flare freigesetzt wird, hängt jedoch unter anderem von der Komplexität und Vernetzung der Magnetfelder ab. Dass große Sonnenflecken nicht automatisch die stärksten Eruptionen produzieren, zeigen auch moderne Beobachtungen.
Wie Sonnenflecken entstehen und warum ihre Magnetfelder für starke Sonneneruptionen so wichtig sind, erklärt auch der ingenieur.de-Beitrag Gigantische Sonnenflecken erregen Aufmerksamkeit der Forscher.
Wie stark könnte ein Superflare der Sonne werden?
Für die riesige Sonnenfleckengruppe von 1947 ergeben die Berechnungen zunächst mögliche Flare-Energien von einigen 1033 Erg. Erst im statistischen Extremfall steigt die Abschätzung auf 1033 Erg und mehr – also in den Bereich eines Superflares.
Daraus schließen die Forschenden, dass besonders große und komplexe aktive Regionen grundsätzlich genug Energie für einen solchen Ausbruch bereitstellen könnten. Allerdings bewegen sich diese Werte am äußersten Rand dessen, was sich aus heutigen Beobachtungen ableiten lässt.
Die Abschätzung ist deshalb mit Unsicherheiten verbunden. Sie setzt unter anderem voraus, dass historische Sonnenflecken physikalisch mit heutigen aktiven Regionen vergleichbar sind. Zusätzlich summieren sich Unsicherheiten bei der Umrechnung von der Sonnenfleckengröße bis zur möglichen Flare-Energie.
Sterne wie die Sonne schaffen es offenbar häufiger
Das passt zu Beobachtungen anderer Sterne. 2024 hatte ein MPS-Team in Daten des Weltraumteleskops Kepler 2889 Superflares auf 2527 sonnenähnlichen Sternen gefunden. Daraus ergab sich rechnerisch etwa ein Superflare pro Jahrhundert und Stern.
Das bedeutet ausdrücklich nicht, dass unsere Sonne alle 100 Jahre einen Superflare produziert. Die Studie betrachtete eine Population ähnlicher Sterne. Ob die Sonne bei extremen Ausbrüchen genauso aktiv ist wie diese Vergleichsgruppe, gehört weiterhin zu den offenen Fragen.
Interessant ist dabei auch, dass die Sonne im kosmischen Vergleich magnetisch eher zurückhaltend ist. Warum das für die Bedingungen auf der Erde von Vorteil sein könnte, beschreibt der Beitrag Dämpfer für das Leben der VDI nachrichten.
Würde ein Superflare die Erde treffen?
Ein extrem starker Flare allein sagt noch nicht, welche Folgen auf der Erde auftreten würden. Ein Flare setzt vor allem elektromagnetische Strahlung frei. Für schwere geomagnetische Stürme sind dagegen insbesondere koronale Massenauswürfe relevant, bei denen große Mengen Plasma und Magnetfeld ins All geschleudert werden.
Beides tritt häufig gemeinsam auf, aber nicht zwingend. Die Forschenden betonen ausdrücklich, dass starke Flares und koronale Massenauswürfe nicht eins zu eins miteinander verknüpft sind.
Welche Folgen extremes Weltraumwetter für Satelliten, Navigation, Funk und Stromnetze haben kann, haben wir im Beitrag Sonnensturm trifft Erde: Wie entsteht er, was kann passieren? ausführlich erklärt. Wie sich besonders aktive Regionen über Monate entwickeln und künftig besser überwachen lassen könnten, zeigt außerdem der Beitrag Sonnenstürme: Warum die Rückseite der Sonne uns bedroht.
Quellen
- Krivova et al.: „Empirical flare energy limits for the largest historical sunspots“, Philosophical Transactions of the Royal Society A
- Krivova et al.: Preprint mit Methodik, Tabellen und Ergebnissen – arXiv
- Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung: „Superflares einmal pro Jahrhundert“, 12. Dezember 2024
- Aulanier et al.: „The standard flare model in three dimensions. II. Upper limit on solar flare energy“, Astronomy & Astrophysics, 2013
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