Sollte man sich über Sonnenstürme Sorgen machen? - Panorama

Von Armin Mair Etwa alle 11 Jahre erreicht die Aktivität der Sonne ihr Maximum: Auf ihrer Oberfläche sind mehr Flecken als sonst zu sehen, in deren Nähe es zu Eruptionen kommt. Dabei wird Sonnenmasse aus der Korona, dem äußersten Teil der Sonnenatmosphäre, ausgestoßen. Die Folge eines solchen koronalen Massenauswurfs kann ein Sonnensturm sein. Für Menschen bedeutet ein Sonnensturm keine unmittelbare Gefahr, denn die Erde ist durch ihre Atmosphäre und ihr Magnetfeld geschützt. Doch mittelbar sind Sonnenstürme durchaus gefährlich. Die hochenergetischen, schnellen Teilchen können elektronische Geräte außer Gefecht setzen und so beispielsweise den Flugverkehr stören und die Stromversorgung lahmlegen. Bei Polarlichtern, die bis zum Mittelmeerraum vordringen, deuteten auf eine extreme Gefahr hin: Wird das irdische Stromnetz halten, werden die künstlichen Satelliten noch ihren Dienst tun? Gelingt es, dem Navigationsgerät im Auto noch, den eingegebenen Zielpunkt zu finden? Unsere Sonne nähert sich dem Maximum ihres solaren Aktivitätszyklus – entsprechend viele und heftige Strahlungsausbrüche und Plasmaauswürfe durchlebt sie zurzeit. Einer der stärksten Sonnenstürme der jüngeren Geschichte ereignete sich am 11. Mai 2024, als ein geomagnetischer Sturm der höchsten Stufe G5 die Erde traf. Astronomen zufolge war es der erste extreme Sonnensturm seit mehr als 20 Jahren. Extremer Sonnensturm zuletzt 2003 Ursache für die Polarlichter ist ein extremer Sonnensturm der Stufe 5. Experten der US-Wetterbehörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) zufolge wurde diese höchste Kategorie zuletzt im Oktober 2003 erreicht. Die Ursprungsregion der Sonnenstürme - ein großer Sonnenfleckcluster - sei etwa 16-mal so groß wie der Durchmesser der Erde, so die NOAA-Experten. Durch den Sonnensturm könnten GPS, Stromnetze, Raumschiffe, Satellitennavigation und andere Technologien beeinträchtigt werden, teilte die NOAA weiter mit. Die Behörden informierten Betreibende von Satelliten und Stromnetzen sowie Fluggesellschaften, um Vorsichtsmaßnahmen für mögliche Störungen zu ergreifen. Die Gefahr eines großen Sonnensturms ist jetzt so hoch wie seit über einem Jahrzehnt nicht mehr. Da die Sonne gerade den Höhepunkt ihres Aktivitätszyklus erreicht, erleben wir die Auswirkungen eines solchen Sturms. Auf der Erde steigen die damit verbundenen Risiken, einschließlich Stromausfällen, deaktivierten Satelliten sowie beschädigten Mobiltelefonen und GPS-Netzwerken. In den extremsten Szenarien könnten einige Stromnetze wochen- oder sogar monatelang ausfallen. Aber das ist der schlimmste Fall. Mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen könnte sich die Sonnenaktivität positiv auf die Menschheit auswirken, da sie uns ständig vor schädlicher Strahlung von außerhalb des Sonnensystems schützt. Ob wir die Gefahren riskieren oder die Vorteile des Lebens mit der Sonne nutzen, hängt von der gleichen Sache ab: unserer Fähigkeit, vorherzusagen und uns darauf vorzubereiten, was unser Stern als nächstes tun wird. Sonneneruptionen, Sonnenstürme und die Gefahr für die Erde &bdquo;Die Sonne wird tun, was die Sonne will“, sagt ein namhafter Projektwissenschaftler, der für die Parker Solar-Probe-Mission der NASA arbeitet und gleichzeitig als Astrophysiker am Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University tätig ist, das die Sonde von Laurel, Maryland, aus gebaut hat und betreibt. Die kanadische Großstadt Quebec lernte diese Lektion im Jahr 1989, als ein Sonnensturm die Stromversorgung der Provinz neun Stunden lang lahmlegte. Das US-Militär erlebte es 1972, als die Sonnenaktivität Dutzende Minen vor der Küste Vietnams zum Schwimmen brachte. Und fast die ganze Welt war Zeuge davon im Jahr 1859, als das Polarlicht etwa einen Tag lang so hell leuchtete, dass man es bis nach Kolumbien im Süden sehen konnte. Menschen in den USA lesen Zeitungen beim Licht am Himmel. Die Goldgräber wachten mitten in der Nacht auf, dachten, es sei Morgen, und begannen mit der Zubereitung des Frühstücks. Der geomagnetische Sturm von 1859, heute als Carrington-Ereignis bekannt, war der stärkste in der Geschichte. Es wurde verursacht, als eine Welle magnetisierten Plasmas von der Sonne ausging, sich mit über 2.000 Kilometern pro Sekunde ausbreitete und dann die Erde traf. Die Plasmawelle, die als koronaler Massenauswurf (Coronal Mass Ejection, CME) bezeichnet wird, führte dazu, dass das Erdmagnetfeld als Reaktion darauf Terawatt an Leistung freisetzte. Auch zuletzt kam ein Koronaler Massenauswurf auf uns zu Das Gleiche passiert gerade am Himmel. Die Vorhersagen für den derzeit aktiven Sonnenzyklus variieren jedoch stark: Einige Wissenschaftler schätzen die Wahrscheinlichkeit eines Sturms, der etwa dem Carrington-Niveau entspricht, auf etwa 1 %, während andere sogar eine Wahrscheinlichkeit von etwa 25 % vermuten. Wie wahrscheinlich ist es, dass wir tatsächlich von einem so starken Sonnensturm getroffen werden? &bdquo;Ehrlich gesagt wissen wir es nicht“, sagen Astrophysiker. Sie argumentiert, dass das keine Rolle spielt. Auch wenn es uns meistens gut geht, genügt ein einziger Vorfall, um alles zu ändern – und das ist nur eine Frage der Zeit. &bdquo;Daran führt kein Weg vorbei“, fährt einer davon fort. &bdquo;Wir leben mit der Sonne.“ Experten haben versucht, sich die Auswirkungen vorzustellen. Wenn sich das Erdmagnetfeld als Reaktion auf einen Sonnensturm ändert, kann dies zu enormen Strömen in Stromleitungen führen, die Transformatoren durchbrennen und Stromnetze gefährden. Allein Studien aus den Vereinigten Staaten haben vorhergesagt, dass ein großer Sonnensturm zig Millionen Menschen ohne Strom zurücklassen würde, einige für Wochen, Monate oder sogar Jahre. Der wirtschaftliche Schaden würde in der Größenordnung von Billionen Dollar liegen. Laut dem Astrophysiker Rawafi gehen diese Schätzungen nicht weit genug. Die tatsächlichen Auswirkungen liegen &bdquo;außerhalb unseres Vorstellungsvermögens“, sagt er. &bdquo;Es geht weit darüber hinaus.“ Ein gewaltiger Sonnensturm würde Satelliten außer Gefecht setzen, insbesondere Kommunikationssatelliten in höheren Umlaufbahnen. Es würde die GPS-Signale beeinträchtigen, die von Mobilfunknetzen bis hin zu Stromnetzen überall genutzt werden. Zusammen mit weitreichenden Stromausfällen, die auch für die Wasserversorgung wichtige Pumpen lahmlegen würden, könnte ein Carrington-ähnlicher Sturm gleichzeitig fast alle wichtigen Aspekte der modernen Infrastruktur beschädigen: Strom, Nahrung, Wasser, Transport, Sicherheit und Kommunikation. Bei so viel Beeinträchtigung kann man sich leicht vorstellen, dass sich Probleme in verschiedenen Sektoren gegenseitig verstärken – und das an einem sonnigen Tag. Was passiert, wenn der Sturm im Winter zuschlägt, wenn die Menschen auf das Stromnetz angewiesen sind, um potenziell tödliche Kälte abzuwehren? Ein Sturm könnte auch das Internet lahmlegen. Der größte Teil des digitalen Datenverkehrs zwischen Kontinenten wird über Unterseekabel übertragen, die Komponenten verwenden, die durch einen großen geomagnetischen Sturm zerstört werden könnten. Das würde das Internet darauf beschränken, größtenteils in mehr lokalen Netzwerken zu funktionieren. Diese wiederum könnten durch den Sturm auf andere Weise beeinträchtigt werden. Die Auswirkungen eines großen Sonnensturms wären auf der ganzen Welt sehr unterschiedlich, abhängig vom Stromnetz einer Region, der Nähe zum Wasser, der Lage im Verhältnis zum Erdmagnetfeld und sogar der Geologie, die bestimmt, wie gut der Boden leitend ist. Aus einer Kombination dieser Gründe sind Orte wie China, Nordamerika und Australien möglicherweise anfälliger für Stromausfälle als der Rest der Welt. Der Stadtkorridor zwischen Washington, D.C. und New York City wurde als besonders gefährdet beschrieben. Vorhersage von Sonnenstürmen Angesichts einer solchen potenziellen Katastrophe besteht unsere größte Hoffnung darin, mehr über das Sonne-Erde-System zu erfahren, die Sonnenaktivität zu überwachen und unsere Fähigkeit zu entwickeln, das Weltraumwetter vorherzusagen. Es sei, als würde man normales Wetter vorhersagen, sagt Rawafi: Je besser man das System versteht, desto besser kann man vorhersagen, was es tun wird. Das ist keine leichte Aufgabe, wenn es um unseren Stern geht. Die Sonne ist komplex und noch nicht gut verstanden, und Wissenschaftler müssen auch besser verstehen, wie ihre Emissionen durch den Weltraum wandern und sich auf die Erde auswirken. Im Vergleich zur Vorhersage des normalen Wetters liegen unsere Weltraumwettervorhersagen laut Rawafi etwa 50 Jahre zurück. Und wie unzuverlässig due kurzfristigen Wetterprognosen sind, ist jedem bekannt. Umso wichtiger sind Missionen wie die Parker-Solar Probe – die erste Raumsonde überhaupt, die die Sonne berührt. Parker wurde 2018 gestartet und hat bereits mehrere Entdeckungen darüber gemacht, wie die Sonne Energie nach außen in den Weltraum transportiert. Im Jahr 2022 flog Parker sogar direkt durch ein CME. Ein koronaler Massenauswurf (CME) ist ein erheblicher Ausstoß von Magnetfeld und begleitender Plasmamasse aus der Sonnenkorona in die Heliosphäre. CMEs werden häufig mit Sonneneruptionen und anderen Formen der Sonnenaktivität in Verbindung gebracht, ein allgemein akzeptiertes theoretisches Verständnis dieser Zusammenhänge wurde jedoch nicht etabliert. Die Daten der Raumsonde haben Wissenschaftlern dabei geholfen, ihre Fähigkeit zu verbessern, genau vorherzusagen, wann ein Ereignis an der Sonne später die Erde erreichen wird. Die Feststellung, dass das Timing wichtig ist, erklärt Rawafi, denn es sei ein wesentlicher erster Schritt zu einem Frühwarnsystem, das dabei helfen würde, ein Worst-Case-Szenario zu vermeiden. Parker-Solar-Probe nähert sich der Sonne Dennoch warnt er, dass unsere aktuellen Projekte nicht ausreichen. Parker ist nicht als permanentes Warnsystem konzipiert und kann die Sonne jeweils nur aus einem Winkel untersuchen. Rawafi schlägt eine Konstellation von Satelliten um die Sonne vor, fast wie Starlink um die Erde, um die Sonne vollständig zu überwachen und immer bereit zu sein, Warnungen an die Erde zurückzusenden. Die Sonnenseite des Weltraumwetters Trotz ihres zerstörerischen Potenzials ist die Sonnenaktivität nicht nur eine Frage des Untergangs. Wir könnten ihm unsere Existenz verdanken, da einige Studien herausgefunden haben, dass Sonnenaktivität die Entwicklung von Leben auf der Erde katalysiert haben könnte. Ironischerweise schützt uns die Sonnenaktivität auch: Die Strahlung der Sonne schützt uns vor noch tödlicherer Strahlung, die von der gesamten Galaxie ausgeht. Das bedeutet, dass für zukünftige Astronauten auf Reisen abseits des Erdmagnetfelds Zeiten erhöhter Sonnenaktivität tatsächlich ideal sein könnten. Da die Sonne ein stärkerer Puffer ist, wenn sie aktiver ist, wären Astronauten am wahrscheinlichsten vor galaktischen Schäden geschützt, wenn Sonnenstürme am wahrscheinlichsten sind. Dieser Zeitpunkt würde das Risiko erhöhen, dass eine Mission von einem CME getroffen wird. Wenn wir jedoch das Sonnenwetter überwachen und vorhersagen könnten, wäre es möglicherweise möglich, lokale Bedrohungen zu minimieren und gleichzeitig Astronauten vor galaktischen Bedrohungen zu schützen. Die Erde vor Sonnenstürmen schützen Die Menschheit hat Optionen. Wenn uns der nächste große Sturm trifft, könnten die Folgen ganz anders aussehen, je nachdem, was wir heute tun. Wir können Satelliten so konstruieren, dass sie widerstandsfähiger gegen geomagnetische Stürme sind. Wir können unsere Stromnetze, insbesondere unsere Transformatoren, härter machen, so wie Quebec nach dem Stromausfall über 1 Milliarde US-Dollar dafür ausgegeben hat. Obwohl die US-amerikanischen Stromübertragungsanbieter vor Kurzem mit diesem Prozess begonnen haben, scheinen ihre Vorsichtsmaßnahmen auf schwächere Stürme und nicht auf Ereignisse auf Carrington-Niveau ausgelegt zu sein. Und wie Rawafi vorschlägt, können wir der Solarwissenschaft mehr Ressourcen widmen. Die Mission &bdquo;Space Weather Follow On – Lagrange 1“ (SWFO-L1) der NOAA und die Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) der NASA werden beide die Sonne überwachen und Daten liefern, um das Weltraumwetter vorherzusagen. Beide sollen im Jahr 2025 auf den Markt kommen. IMAP und der Sonnenwind Unterdessen wird die Parker-Solar-Probe Ende 2024 der Sonne am nächsten kommen. Die NASA-Raumsonde wird ihren eigenen Rekord als schnellstes von Menschenhand geschaffenes Objekt brechen und Geschwindigkeiten von fast 700.000 Kilometern pro Stunde erreichen. Obwohl Parkers Hauptmission im Jahr 2025 enden wird, sagt Rawafi, dass die Sonde in einwandfreiem Zustand sei, &bdquo;als ob wir sie gestern gestartet hätten.“ Sein Team hofft, dass es so lange wie möglich weitergehen kann. Schließlich ist eine Mission wie Parker eine seltene Gelegenheit. Die gesammelten Daten werden von entscheidender Bedeutung für die Bemühungen sein, unsere Sonne zu verstehen, und sie könnten letztendlich dazu beitragen, zu entscheiden, welche Auswirkungen der nächste große Sturm auf die Menschheit hat. &bdquo;Ihre Mission“, sagt Rawafi, &bdquo;wird künftigen Generationen dienen.“