Ist eine Sonneneruption dasselbe wie ein CME? - Panorama

Von Armin Mair Manchmal treten Sonneneruptionen und CMEs gleichzeitig auf; Die stärksten Ausbrüche korrelieren fast immer mit CMEs. Beide entstehen, wenn sich die Magnetfelder der Sonne explosionsartig neu ausrichten und Energie in den Weltraum treiben. Aber eine Sonneneruption ist ein strahlender Lichtblitz. Ein CME ist eine riesige Wolke magnetisierter Teilchen, die in eine bestimmte Richtung in den Weltraum geschleudert wird, manchmal auch in Richtung Erde. Wie die NASA erklärte: Sonneneruptionen und CMEs … emittieren unterschiedliche Dinge, sie sehen anders aus und breiten sich unterschiedlich aus, und sie haben unterschiedliche Auswirkungen in der Nähe von Planeten. Beide Eruptionen treten auf, wenn die Bewegung im Inneren der Sonne ihre eigenen Magnetfelder verzerrt. Wie beim plötzlichen Loslassen eines verdrehten Gummibandes richten sich die Magnetfelder explosionsartig neu aus und treiben riesige Energiemengen in den Weltraum. Dieses Phänomen kann einen plötzlichen Lichtblitz, eine Sonneneruption, erzeugen. Fackeln können Minuten bis Stunden dauern und enthalten enorme Energiemengen. Da sich das Licht einer Sonneneruption mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegt, dauert es acht Minuten, bis es die Erde erreicht. Ein Teil der in der Fackel freigesetzten Energie beschleunigt auch sehr energiereiche Teilchen, die die Erde innerhalb von zehn Minuten erreichen können. Wie einen Kanonenkugel Die magnetischen Verzerrungen können auch eine andere Art von Explosion erzeugen, die Sonnenmaterie in den Weltraum schleudert. Dabei handelt es sich um koronale Massenauswürfe, auch CMEs genannt. Man kann sich die Explosionen anhand der Physik einer Kanone vorstellen. Das Leuchtfeuer ähnelt dem Mündungsfeuer der Waffe, das überall in der Nähe zu sehen ist. Der CME ist wie eine Kanonenkugel, die in einer einzigen Vorzugsrichtung nach vorne geschleudert wird, wobei diese aus dem Lauf ausgestoßene Masse nur einen Zielbereich beeinflusst. Dies ist die CME, eine riesige Wolke magnetisierter Partikel, die in den Weltraum geschleudert wird. Bei einer Reise von über 1.609.344 km pro Stunde dauert es bis zu drei Tage, bis das heiße Material namens Plasma die Erde erreicht. Die Unterschiede zwischen den beiden Arten von Explosionen sind durch Sonnenteleskope sichtbar, wobei Flares als helles Licht erscheinen und CMEs als riesige, in den Weltraum aufsteigende Gasfächer erscheinen. Andererseits können CMEs Partikel in den erdnahen Raum leiten. Ein CME kann die Magnetfelder der Erde in Bewegung setzen und so Ströme erzeugen, die Partikel nach unten in Richtung der Erdpole treiben. Wenn diese mit Sauerstoff und Stickstoff reagieren, tragen sie zur Entstehung des Polarlichts bei, das auch als Nord- und Südlicht bekannt ist. Darüber hinaus können die magnetischen Veränderungen eine Vielzahl menschlicher Technologien beeinflussen. Es kann hochfrequente Funkwellen beeinträchtigen, sodass Funkgeräte statische Störungen übertragen und GPS-Koordinaten um einige Yards/Meter abweichen. Die magnetischen Schwingungen können auch elektrische Ströme in den Versorgungsnetzen auf der Erde erzeugen, die elektrische Systeme überlasten können, wenn die Energieversorger nicht darauf vorbereitet sind. Die NASA verfügt über eine robuste weltraumgestützte Heliophysikflotte – eine Flotte von Solar-, Heliosphären-, Georaum- und Planetenraumfahrzeugen –, die gleichzeitig arbeiten, um die Dynamik des Sonnensystems zu verstehen, und stets auf der Suche nach diesen Explosionen sind. Das wird in den kommenden Jahren wichtig sein, da der Sonnenzyklus 25 an Fahrt gewinnt und mehr Aktivität auf der Sonne erzeugt: mehr Flares und mehr CMEs. Die NASA erklärte: &bdquo;Ähnlich wie wir Gewitter und Regenschauer vorhersagen, führt das Space Weather Prediction Center der US-amerikanischen National Oceanic and Atmospheric Administration Simulationen durch und kann auf der Grundlage dieser und anderer Daten Vorhersagen darüber treffen, wann das CME auf der Erde ankommen wird. Anschließend alarmieren sie entsprechende Gruppen, damit Energieversorger, Fluggesellschaften und andere Interessengruppen im Falle eines Sonnensturms Vorkehrungen treffen können. Wenn beispielsweise ein starker CME im Anmarsch ist, können Versorgungsunternehmen Stromlasten umleiten, um die Netze zu schützen.“ Ungewöhnlicher Verlauf Die Analyse zeigt, dass wir uns im Sonnenzyklus 25 befinden 15. September 2020 – Das Sonnenminimum zwischen Sonnenzyklus 24 und 25 – dem Zeitraum, in dem die Sonne am wenigsten aktiv ist – ereignete sich im Dezember 2019, als die geglättete 13-Monats-Sonnenfleckenzahl nach Angaben des Solar Cycle 25 Prediction Panel auf 1,8 fiel. unter dem gemeinsamen Vorsitz von NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) und NASA. Wir befinden uns jetzt im Sonnenzyklus 25, wobei die höchste Sonnenfleckenaktivität im Jahr 2025 erwartet wird, sagte das Gremium. Der Sonnenzyklus 24 war mit 11 Jahren durchschnittlich lang und hatte die viertkleinste Intensität seit Beginn der regelmäßigen Aufzeichnungen mit Sonnenzyklus 1 im Jahr 1755. Es war auch der schwächste Zyklus seit 100 Jahren. Das Sonnenmaximum ereignete sich im April 2014 mit einem Sonnenfleckenmaximum von 114 für den Sonnenzyklus, deutlich unter dem Durchschnitt von 179. Der Verlauf des Sonnenzyklus 24 war ungewöhnlich. Die nördliche Hemisphäre der Sonne führte den Sonnenfleckenzyklus an und erreichte ihren Höhepunkt mehr als zwei Jahre vor dem Sonnenfleckengipfel auf der südlichen Hemisphäre. Dies führte dazu, dass das Sonnenmaximum weniger Sonnenflecken aufwies, als wenn die beiden Hemisphären in Phase wären. Kommt ein schwacher Zyklus? In den letzten acht Monaten hat die Aktivität auf der Sonne stetig zugenommen, was darauf hindeutet, dass wir zum Sonnenzyklus 25 übergegangen sind. Der Sonnenzyklus 25 wird voraussichtlich ein ziemlich schwacher Zyklus sein, genauso stark wie Zyklus 24. Das Sonnenmaximum wird im Juli 2025 erwartet ein Höhepunkt von 115 Sonnenflecken. &bdquo;Wie schnell die Sonnenaktivität ansteigt, ist ein Indikator dafür, wie stark der Sonnenzyklus sein wird“, sagte Doug Biesecker, Ph.D., Co-Vorsitzender des Gremiums und Sonnenphysiker am Space Weather Prediction Center der NOAA. &bdquo;Obwohl wir in diesem Jahr einen stetigen Anstieg der Sonnenfleckenaktivität beobachten konnten, ist dieser auffallend langsam.“ Das Gremium ist zuversichtlich, dass der Sonnenzyklus 25 den in den letzten vier Zyklen beobachteten Trend zur Abschwächung der Sonnenaktivität durchbrechen wird. &bdquo;Wir gehen davon aus, dass der Rückgang der Amplitude des Sonnenzyklus, der von den Zyklen 21 bis 24 beobachtet wird, zu Ende ist“, sagte Lisa Upton, Ph.D., Co-Vorsitzende des Gremiums und Sonnenphysikerin bei Space Systems Research Corp. &bdquo;Das gibt es nicht.“ Das deutet darauf hin, dass wir uns einem Minimum der Sonnenaktivität vom Maunder-Typ nähern.“ &bdquo;Obwohl wir keinen besonders aktiven Sonnenzyklus 25 vorhersagen, kann es jederzeit zu heftigen Eruptionen der Sonne kommen“, fügte Biesecker hinzu. Die Vorhersage des Sonnenzyklus gibt eine ungefähre Vorstellung von der Häufigkeit von Weltraumwetterstürmen aller Art, von Funkausfällen bis hin zu geomagnetischen Stürmen und Sonnenstrahlungsstürmen. Es wird von vielen Branchen genutzt, um die möglichen Auswirkungen des Weltraumwetters in den kommenden Jahren abzuschätzen. Neue Satelliten werden verbesserte Beobachtungen der Sonne ermöglichen. DSCOVR ist mit drei Instrumentengruppen ausgerüstet, die den Sonnenwind und seine Wechselwirkungen mit dem Erdmagnetfeld sowie den Energiefluss von der Erdoberfläche messen und unseren Heimatplaneten selbst beobachten. PlasMag, das Plasma-Magnetometer, ermittelt die Stärke und die Richtung des Sonnenwinds mit sehr hoher zeitlicher Auflösung. Seine Messungen dienen dazu, vor geomagnetischen Stürmen zu warnen, die auf der Erde schwere Probleme bei Satelliten, Starkstromnetzen und Kommunikationssystemen auslösen können. DSCOVR arbeitet hier als Ersatz für den mit 17 Jahren im All hochbetagten NASA-Satelliten ACE, den Advanced Composition Explorer, der bislang als Alarmsystem fungiert. Wenn ein solarer Sturm in Richtung Erde zieht, so trifft dieser zunächst auf die Satelliten an dessen Punkt im All, so dass diese noch rechtzeitig warnen können. Die weiteren Instrumente von DSCOVR sind NISTAR und EPIC. NISTAR, das National Institute of Standards & Technology Advanced Radiometer, misst den Fluss der von der Erdoberfläche reflektierten Sonnenstrahlung. Es deckt den Strahlungsbereich vom nahen Infrarot über das sichtbare Licht bis hin zum nahen ultravioletten Bereich der Wellenlängen zwischen 0,2 bis 100 Mikrometer ab. Dabei integriert NISTAR den Gesamtfluss der von der Erde kommenden Strahlung und kann ihn auf rund ein Prozent genau ermitteln. &bdquo;Aus dem Grab auferstanden“ Die Enhanced Polychromatic Imaging Camera EPIC nimmt vom aktuellen Standort des Satelliten die gesamte beleuchtete Erdhemisphäre in zehn unterschiedlichen Spektralbereichen auf. EPIC deckt dabei das nahe Ultraviolett bei 317 Nanometern und das sichtbare Licht bis hin zu 779 Nanometern (rot) ab. Das Instrument verwendet eine Ritchey-Cretien-Optik mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 30,5 Zentimetern und einer Brennweite von 2,9 Metern. Die Kamera erreicht damit eine räumliche Auflösung von 25 Kilometern auf der Erdoberfläche. Im Gegensatz zu den Wettersatelliten auf der geostationären Umlaufbahn sieht EPIC immer nur die voll beleuchtete Erde, und gelegentlich wird der Mond vor der Erde durchziehen. Die DSCOVR-Mission ist in gewisser Weise &bdquo;aus dem Grab auferstanden“. Tatsächlich sollte der Satellit schon Ende der 1990er Jahre unter der Bezeichnung Triana ins All gebracht werden, aber damals sollte er praktisch nur hübsche Erdbilder aus dem All liefern. Wegen ihrer geringen wissenschaftlichen Bedeutung wurde die Triana-Mission schließlich abgebrochen und die Satelliten-Hardware für rund ein Jahrzehnt eingelagert. 2008 begann man mit der Reaktivierung der Hardware und fügte Instrumente zur Sonnenbeobachtung hinzu. Schließlich wurde im Jahr 2011 die Mission DSCOVR offiziell als Ersatz für den Satelliten ACE geplant. Im Jahr 2024, vor dem Höhepunkt der Sonnenfleckenaktivität im Sonnenzyklus 25, soll die NOAA eine neue Raumsonde starten, die der operativen Weltraumwettervorhersage gewidmet ist. Das Space Weather Follow-On L-1-Observatorium der NOAA wird mit Instrumenten ausgestattet sein, die den Sonnenwind messen, Bilder von koronalen Massenauswürfen liefern und andere extreme Aktivitäten der Sonne detaillierter als bisher überwachen. Start des nächsten Überwachunsginstruments Der Start des nächsten Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES-U) der NOAA ist ebenfalls für 2024 geplant. GOES-U wird drei Solarüberwachungsinstrumente tragen, darunter den ersten kompakten Koronographen, der bei der Erkennung koronaler Massenauswürfe helfen wird. Verbesserte Beobachtungen der Sonne durch diese Satelliten werden dazu beitragen, die Vorhersage des Weltraumwetters zu verbessern. Das Solar Cycle Prediction Panel prognostiziert die Anzahl der für das Sonnenmaximum erwarteten Sonnenflecken sowie den Zeitpunkt der höchsten und niedrigsten Sonnenaktivitätsniveaus für den Zyklus. Es besteht aus Wissenschaftlern der NOAA, der NASA, der International Space Environment Services und anderen US-amerikanischen und internationalen Wissenschaftlern. Die neuesten Weltraumwettervorhersagen holen Wissenschafter aus dem Space Weather Prediction Center der NOAA, der landesweiten Behörde für Weltraumwetterwarnungen, -beobachtungen, -warnungen und -hinweise. Fazit: Sowohl Sonneneruptionen als auch koronale Massenauswürfe (CME) entstehen, wenn sich die Magnetfelder der Sonne explosionsartig neu ausrichten und riesige Energiemengen in den Weltraum treiben. Eine Sonneneruption ist ein strahlender Lichtblitz. Ein CME ist eine riesige Wolke magnetisierter Teilchen, die in eine bestimmte Richtung in den Weltraum geschleudert wird, manchmal in Richtung Erde.