Warum es für die Menschheit überlebensnotwendig ist, das Weltraumwetter besser zu verstehen

“First Light” – Dieser Tage ist auf Hawaii die größte Wetterbeobachtungsstation der Welt für das Weltraumwetter in Betrieb gegangen.  Das Daniel K. Inouye-Teleskop misst Licht und Strahlung im nahen Infrarotbereich. Es wurde ausschließlich zur Sonnenbeobachtung gebaut. Mit diesem Instrument kann das Weltraumwetter nun deutlich besser vorhersagt werden als mit allen bisherigen Teleskopen. Warum das Weltraumwetter für uns alle wichtig ist.  

Das bisher höchstauflösende Bild, das jemals von der Sonnenoberfläche gemacht wurde. Das Bild zeigt Strukturen von turbulentem „kochenden“ Gas, das die gesamte Sonneoberfläche bedeckt. Jede Zelle hat ungefähr die doppelte Größe der Bundesrepublik Deutschland. Das Bild zeigt einen Ausschnitt von ca. 36.500 mal 36.500 Kilometern.

Bild: NSO/AURA/NSF

Heißes Plasma steigt in der Mitte der Zellen auf, kühlt ab und sinkt in den dunklen Strukturen wird hinunter.

Wien, Hawaii, am 02. Februar 2020 / Das Inouye Sonnenteleskop steht auf dem Schildvulkan Haleakalā auf Hawaii. Es ist nach Daniel Ken Inouye, einem japanisch-stämmigen langjährigen US-Sentor aus Hawaii benannt. Der Durchmesser des Primärspiegels beträgt 4,24 Meter. Damit ist es nicht das größte Teleskop der Welt ist, wie einige Gazetten fälschlicherweise schrieben. Zum Vergleich: Das größte Einzelteleskop der Welt auf Gran Canaria hat einen Durchmesser von 10,4 Metern. Die optische Leistung des Inouye Teleskops ermöglicht es dennoch, Strukturen auf der Sonne zu beobachten, die 30 Kilometer groß sind. Eine beachtliche Leistung, ist die Sonne im Durchschnitt doch 150 Millionen Kilometer von uns entfernt. Größere Instrumente könnten mehr Licht sammeln, aber diese Größe ist der beste Kompromiss zwischen Lichtsammelvermögen und Wärme, die von Teleskop abgeleitet werden muss. Hinweis: Schauen Sie niemals mit einem Fernglas oder Fernrohr direkt in die Sonne. Dadurch können schwere bleibende Augenschäden bis zur Blindheit entstehen.

Beobachtung der inneren Sonnenkorona

Mit dem Inouye Teleskop lässt sich die innere Korona, die Sonnen-Atmosphäre, direkt von der Erde aus beobachten. Das war bisher nur bei einer Sonnenfinsternis möglich. Die Korona ist im Vergleich zur Sonne sehr lichtschwach, deshalb der große Durchmesser des Teleskops. Dieses Teleskop macht über die Bobachtung der Korona indirekt das Studium des Magnetfeldes der Sonne möglich.

Die Erde liegt mitten in der Sonnenatmosphäre

Die Sonne befeuert uns nicht nur mit elektromagnetischer Strahlung, nämlich Licht und Wärme, sondern auch permanent mit einem Partikelstrahl – dem Sonnenwind. Der Sonnenwind geht von der Sonnenoberfläche aus und bildet eine Atmosphäre, die sich sehr weit ins Weltall erstreckt.  Wir liegen mitten drinnen und nehmen am Wettergeschehen der Sonnenatmosphäre teil.

Das Erdmagnetfeld schützt uns – meistens

Normalerweise schützt uns das Erdmagnetfeld recht gut vor dem Sonnenwind. Bei plötzlichen Ausbrüchen, die als Protuberanzen bezeichnet werden, werden jedoch große Mengen an Protonen und Elektronen mit Geschwindigkeiten von bis zu 2000 km/s in den Weltraum geschleudert und diese Teilchen können auch das Magnetfeld durchdringen und im schlimmsten Fall als indirekte Folge unsere Stromnetz und elektrische Geräte zerstören. Immer wieder werden so Satelliten von Sonnenstürmen zerstört.

Wenn aus dem Sonnenwind ein Sonnensturm wird

Das Inouye Teleskop dienst also dazu, das Weltraumwetter vorherzusagen. Ist der Sonnenwind stark genug, kann er das Magnetfeld der Erde verformen und ist für die Polarlichter verantwortlich. Bei starken Ausbrüchen, die durch das komplizierte Magnetfeld der Sonne hervorgerufen werden, können zerstörerische Magnetfeldstürme auf der Erde hervorgerufen werden. Einer davon traf im Jahre 1859 die Erde und ist sehr gut dokumentiert.

Heißes Plasma steigt in der Mitte der Zellen auf, kühlt ab und sinkt in den dunklen Strukturen wieder hinunter.

Auf rund 10 Milliarden Jahre wird es die Sonne in ihrem „Leben“ bringen. 4,6 Milliarden sind davon bisher vergangen.  Die Sonne ist neben der radioaktiven Zerfallsenergie im Erdinneren die einzige langfristige Energiequelle der Erde. Jede andere Energiequelle, wie zum Beispiel Erdöl oder Erdgas ist das Ergebnis von Sonnenenergie. Auch der Wind gehört dazu.

Während die junge Sonne noch heftige Ausbrüche kannte, so wurde sie ins Alter ruhiger. Dennoch erzeugt sie immer wieder sogenannte energiereiche Flares, sprich Sonnenstürme, bei der es in deren Folge zu Magnetfeldstürmen auf der Erde kommt.

1859 ereigneten sich mehrere starke Sonneneruptionen, die unter anderem vom Astronomen Richard Carrington beobachtet wurden. In der Nacht vom 1. zum 2. September 1859 brach der bisher mächtigste dokumentierte geomagnetische Sturm der Geschichte über die Welt herein. Im Zuge dessen waren Polarlichter weit im Süde, zum Beispiel in Rom, Havanna und Hawaii zu beobachten.

Das Telegrafennetz wurde stark in Mitleidenschaft gezogen

In den höheren Breiten Nordeuropas und Nordamerikas erzeugten die Sonnenstürme in Telegrafenleitungen so hohe Spannungen, dass Papierstreifen in den Empfängern durch Funkenschlag in Brand gesetzt wurden. Die Funktion des kurz zuvor installierten weltweiten Telegrafennetzes war massiv beeinträchtigt.

Ist das Carrington Ereignis ein Einzelfall?

In Folge hat uns kein weiteres Ereignis dieser Stärke erreicht. Das ist auch gut so, denn würden sich hohe Spannungen nicht nur in primitive Telegrafennetze, sondern in moderne Strom- und Datennetze indizieren, wären die Folgen für die moderne Gesellschaft teilweise katastrophal. Bei einem Sonnensturm im März 1989 in Quebec brach großflächig wegen durchgebrannter Transformatoren das Stromnetz zusammen, obwohl die Stärke des Sonnensturmes deutlich unter dem des Carrington-Ereignisses lag.

Blackout mit radikalen Folgen

Es könnte die Menschheit katastrophal treffen, wenn etwa ein heftiger Sonnensturm weltweit die Transformatoren der Hochspannungsnetze zerstören würde. Transformatoren werden nicht in so großen Stückzahlen gefertigt oder gelagert, dass das Netz binnen Tagen wiederhergestellt wäre.  Es würde einer Studie der National Academy of Sciences zufolge Monate dauern, bis das in der Studie untersuchte Stromnetz der USA wieder vollständig einsatzbereit wäre. Die Folgeschäden würden mit bis zu 2 Billionen Dollar beziffert. Das ist 20 Mal höher als die des Hurrikans Katharina. Um alle Nachwirkungen restlos zu beseitigen, würde es vier bis zehn Jahren dauern.

Bild: NASA

„Das Inouye Sonnenteleskop wird in den ersten fünf Jahren seines Betriebes mehr Informationen über unsere Sonne sammeln, als seit dem Zeitpunkt gesammelt wurden, an dem Galileo 1612 zum ersten Mal ein Teleskop auf die Sonne richtete.“

David Boboltz, Programmdirektor der National Science Foundation’s

Für vergrößerte Ansicht auf das Bild klicken. Bild: NSO/AURA/NSF

Superflares – unsere Sonne kann gnadenlos zuschlagen

Sonnenflares sind magnetische Kurzschlüsse in der Sonnenatmosphäre, die entstehen, wenn das Magnetfeld sich lokal neu verbindet und die darin gespeicherte Energie schlagartig freigesetzt wird. Nun gibt es auch Ausbrüche, die sind eine Zehnerpotenz stärker als die von der Sonne bekannten Flares. Superflares wurden bisher bestimmten Sterntypen wie unserem Nachbarstern Proxima Centaurie, einem roten Zwergstern zugeordnet. Das dürfte auch ein Grund sein, warum sich auf den beiden Planetenbegleitern unseres Nachbars kaum Leben gebildet haben dürfte. Auch unsere Sonne war in ihrer Frühzeit viel heftiger in ihren Ausbrüchen als heute. Das konnten Forscher letztes Jahr anhand von Spektralanalysen von Meteoriten nachweisen.

Das Planetenjäger-Weltraumteleskop Kepler hat nun aber durch seine vier Jahre Beobachtung von tausenden von Sternen Zweifel an der Annahme geweckt, dass sich Sterne von Typus unserer Sonne im Alter ruhiger verhalten. Vielmehr deutet vieles darauf hin, dass unsere Sonne immer wieder Superflares erzeugen kann. Bisher war das auch kein Problem, doch wie oben beschrieben, ist eine von Elektrizität abhängig Gesellschaft deutlich verwundbarer als eine vorindustrielle Gesellschaft. Es gibt Hinweise darauf, dass im Jahr 775 eine Superflare der Sonne die Erde traf.

Auch wenn die Studie mit einigen Unsicherheiten behaftet ist, so scheint die Erde wohl alle 2.000 bis 3.000 von Superflares heimgesucht zu werden. Sonnenflares lassen sich beobachten und dann gibt es ein paar Stunden Redaktionszeit, um geeignete Maßnahmen zu treffen. Im Falle eines Superflares, der auf die Erde zurast würde wohl nur eine Maßnahme helfen. Die Stromnetzte komplett auszuschalten und an heiklen Stellen entsprechend robuste Geräte einzusetzen.

Das Inouye Teleskop hilft uns also dabei, die Sonne besser zu verstehen und damit mögliche Gefahren besser und eventuell früher zu erkennen.

Bild: NASA

Ein Bericht von SM

Titelbild: NSO/AURA/NSF