Plasma-Tornados aus der Sonne, sogenannte Flux Ropes, können unbemerkt die Erde treffen und geomagnetische Stürme auslösen. Eine neue NASA-Idee mit einem Satellitenschwarm soll künftig rechtzeitig warnen und Schäden verhindern.
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Wenn die Sonne Wirbelstürme ins All schickt
Die Sonne wirkt am Himmel oft friedlich. Doch in ihrem Inneren brodelt es. Von Zeit zu Zeit schleudert sie gewaltige Wolken aus elektrisch geladenem Gas ins All. Forschende nennen diese Ausbrüche koronale Massenauswürfe. Neueste Simulationen der University of Michigan zeigen nun: Solche Auswürfe können nicht nur gewaltige Plasmawolken, sondern auch kleinere Tornado-ähnliche Strukturen erzeugen.
Diese Wirbel aus Magnetfeldern und Plasma tragen den Namen Flux Ropes. Sie sind zu klein, um sie mit herkömmlichen Beobachtungen klar zu erfassen – und zu groß, um in bisherigen Modellen sichtbar zu werden. Genau darin liegt die Gefahr.
„Unsere Simulation zeigt, dass das Magnetfeld in diesen Wirbeln stark genug sein kann, um einen geomagnetischen Sturm auszulösen und echte Probleme zu verursachen“, sagt Chip Manchester, Professor an der University of Michigan und Hauptautor der Studie.
Wenn Traktoren plötzlich die Orientierung verlieren
Vielleicht klingt das nach Science-Fiction, doch die Folgen sind sehr real. Im Mai 2024 etwa löste ein geomagnetischer Sturm auf der Erde gleich mehrere Störungen aus. Hochspannungsleitungen schalteten ab, Satelliten gerieten aus der Bahn, Flugzeuge mussten Routen ändern. Selbst Landwirte in den USA bekamen die Auswirkungen zu spüren. Navigationssysteme auf Traktoren spielten verrückt. NASA schätzte den Schaden pro betroffenem Hof im Schnitt auf 17.000 Dollar.
Solche Ereignisse entstehen, wenn das Magnetfeld des Sonnenwinds auf das Magnetfeld der Erde trifft. Der Sonnenwind ist ein ständiger Strom aus Plasma, der unsere Erde umhüllt. Er verändert sich wie das Wetter auf der Erde – mal ruhig, mal stürmisch. Besonders heftig wird es, wenn eine große Plasmawolke aus der Sonne hinausgeschleudert wird. Diese Wolken können im Schnitt über 50 Millionen Kilometer groß sein.
Doch gerade die kleineren Tornados im Sonnenwind sind es, die Manchester und sein Team im Blick haben. Sie entstehen, wenn schnelle und langsame Ströme des Sonnenwinds aufeinandertreffen. Manche Wirbel verflüchtigen sich rasch. Andere halten sich länger und erreichen die Erde – unbemerkt, weil sie oft an den Messgeräten vorbeiziehen.
Warnsystem mit nur einem Blickwinkel
Bislang starren Teleskope auf die Sonne, um gefährliche Eruptionen zu erkennen. Für die Flux Ropes reicht das nicht. „Wenn es Gefahren gibt, die zwischen Sonne und Erde entstehen, können wir nicht nur auf die Sonne schauen“, sagt Mojtaba Akhavan-Tafti, Mitautor der Studie. „Das ist eine Frage der nationalen Sicherheit. Wir müssen Strukturen wie diese Flux Ropes rechtzeitig finden, um verlässliche Warnungen zu geben – für Stromnetzbetreiber, Airline-Planer oder auch Landwirte.“
Der Vergleich von Chip Manchester klingt einleuchtend: „Stellen Sie sich vor, Sie könnten einen Hurrikan nur mit einem einzigen Windmesser beobachten. Sie würden zwar eine Veränderung messen, aber niemals das gesamte Ausmaß des Sturms erfassen.“ Genau das ist die Lage beim heutigen Warnsystem. Bisherige Sonden messen den Sonnenwind an einem einzigen Punkt zwischen Erde und Sonne. Verfehlt ein Wirbel diesen Punkt, bleibt er unsichtbar – bis er plötzlich die Erde trifft.
Ein Schwarm von Satelliten als Lösung
Die Forschenden schlagen daher ein neues System vor: SWIFT – die Abkürzung für Space Weather Investigation Frontier. Geplant ist eine Gruppe von vier Sonden, die in einer Pyramidenform rund 200.000 Kilometer voneinander entfernt stationiert werden. Drei davon würden auf einer Ebene zwischen Erde und Sonne fliegen. Die vierte, das sogenannte „Hub-Spacecraft“, würde weiter außen stehen und direkt auf die Sonne zeigen.
Diese Anordnung hätte gleich zwei Vorteile: Erstens könnten die Satelliten den Sonnenwind aus mehreren Blickwinkeln beobachten. Zweitens könnte das Hub-Spacecraft Warnungen um bis zu 40 % schneller liefern.
Normalerweise wäre eine solche Position im All kaum erreichbar, weil die Schwerkraft der Sonne das Manövrieren extrem teuer machen würde. Doch hier kommt eine neue Technologie ins Spiel: ein Sonnensegel aus Aluminium. Es fängt Lichtteilchen ein und erzeugt so Schub – ganz ohne Treibstoff. NASA arbeitet bereits mit diesem Prinzip im Projekt „Solar Cruiser“. Das Segel ist etwa so groß wie ein Drittel eines Fußballfelds und könnte die Sonde dauerhaft an Ort und Stelle halten.
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