SOHO/MDI Consortium

Für einen brodelnden Gasball weist die Sonne eine erstaunlich gleichbleibende Größe auf. Das haben brasilianische und amerikanische Astronomen bei der Auswertung von Daten einer Sonnensonde ermittelt. Ãœber einen Zeitraum von zwölf Jahren hat sich der Durchmesser der Sonne demnach um weniger als ein Millionstel verändert.

Bild: Courtesy of the SOHO/MDI consortium. SOHO is a project of international cooperation between ESA and NASA.

“Gemessen an den gewaltigen Veränderungen, die wir tagtäglich auf der Sonnenoberfläche beobachten können, und an den Schwankungen im Laufe des elfjährigen Sonnenzyklus, ist diese Konstanz verblüffend”, erklärt Jeffrey Kuhn von der Universität Hawaii. Der Astronom und seine Kollegen präsentieren ihre Resultate demnächst im “Astrophysical Journal”.

Die Forscher analysierten Daten, die ein Instrument an Bord des Sonnenobservatoriums SOHO gesammelt hatte. Die europäisch-amerikanische Sonde war im Jahr 1995 gestartet worden und kreist seitdem um den Gleichgewichtspunkt zwischen Sonne und Erde. Dort hat sie ohne Unterbrechung einen ungetrübten Blick auf die Sonne.

Im Beobachtungszeitraum stieg die Zahl der Sonnenflecken auf ihr Maximum und sank danach gegen null. Die Größe der Sonnenscheibe blieb jedoch praktisch konstant, ermittelten die Forscher. Vermessungen vom Erdboden aus, die mit atmosphärischen Störungen und der Drehung der Erde um die eigene Achse zu kämpfen haben, hatten dagegen um den Faktor zehn bis einhundert größere Schwankungen gefunden.

Forschung: Marcelo Emilio, Observatório Astronômico, Departamento de Geociências, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Paraná; Jeffrey R. Kuhn und Isabelle Scholl, Institute for Astronomy, University of Hawaii, Pukalani; Rock I. Bush, Solar Physics Group, Stanford University, Stanford, Kalifornien

Veröffentlichung Astrophysical Journal (im Erscheinen); Proceedings of the International Astronomical Union, Vol. 5, pp 21-32

WWW:
Observatório Astronômico, Universidade Estadual de Ponta Grossa
Hawai’i Solar Astronomy
SOHO
- Michelson Doppler Imager
The Sun

Quelle

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In der Nacht vom 2. auf den 3. Mai raste eine solare Teilchenfront auf die Erde zu und erzeugte hier einen lang anhaltenden geomagnetischen Sturm, der in weiten Regionen helle Polarlichter auflodern ließ. Insgesamt zeigt unser Stern zwar immer noch eine eher verhaltene Aktivität, doch sollte sich das im nächsten Maximum gegen das Jahr 2012 deutlich ändern. Vor allem dann ist mit riesigen Sonnenausbrüchen zu rechnen, möglicherweise auch mit einem solaren Supersturm, der für großflächige Stromausfälle und allgemeines Chaos sorgen könnte. Der bislang wohl größte Sonnensturm brach 1859 über die Erde herein. Das war allerdings vor dem Zeitalter von Elektronik, Computern und GPS!

Noch streiten sich die Gelehrten über das künftige Verhalten unseres Lebensterns. Wird er in den nächsten Jahren weiterhin »lahmen« und vielleicht sogar einen oder mehrere Zyklen lang aussetzen, oder wird er bald wieder zur Hochform auflaufen und zahlreiche Phänomene stellarer Aktivität zeigen, direkt vor unserer kosmischen Haustüre? Wenn Letzteres der Fall ist, dann wird das wohl gegen das Jahr 2012 eintreten. Immerhin: Schon jetzt scheint unser Gestirn allmählich wieder aus einem jahrelangen Schlaf zu erwachen. In den letzten Wochen und Monaten ereigneten sich feurige Ausbrüche in Form gigantischer Wasserstoff-Fontänen, die weit über die glühende Oberfläche des Sonnenballs hinausschossen und dort geradezu monströs anmutende Gebilde formten. Jetzt nehmen auch die Sonnenflecken zu, jenes am leichtesten erkennbare Anzeichen wachsender Aktivität.

In der Nacht vom 2. auf den 3. Mai erreichte uns dann eine temporeiche Teilchenwolke aus dem All. Die elektrisch geladenen Partikeln strömten aus einer aktiven Sonnenregion auf den magnetischen Schutzschirm unseres Planeten ein und wurden von den Feldlinien eingefangen, um anschließend mit unvermittelt hoher Geschwindigkeit entlang der magnetischen Bahnen zu den irdischen Polen zu gleiten. Beim Erreichen der Hochatmosphäre ließen sie die »Luftmoleküle« aufleuchten, in höheren Breiten flammten vielerorts prachtvolle Polarlichter auf. In Skandinavien wurden diese Lichter so hell, dass sie durch den Schein der Mitternachtssonne hindurch gesehen werden konnten. Auch über Kanada und in einigen nördlichen US-Bundesstaaten zeigten sich rotglühende Aurora-Phänomene.

Wenn unsere Sonne riesige Plasmawolken ins All hinaus speit und mit ihnen gelegentlich auch unsere Erde einhüllt, kommt es zu solchen geomagnetischen Stürmen, in deren Gefolge Polarlichter den Himmel in ein farbenfrohes Kaleidoskop verwandeln. Doch neben diesem ästhetischen Phänomen treten immer wieder auch unerwünschte Begleiterscheinungen auf. Große Sonnenstürme, wie sie bei zunehmender Sonnenaktivität gehäufter auftreten, können zur echten Gefahrenquelle werden. Diese Tatsache ist schon eine ganze Weile bekannt. Denn 1. September 1859 sollte eine völlig neue Seite unseres Sternes enthüllen, Vorgänge, die niemand zuvor erlebt und gesehen hatte.

Ãœber England strahlte an jenem Tag eine warme, spätsommerliche Sonne. Kurz nach elf Uhr vormittags begab sich der wohlhabende Brauereibesitzer und weithin bekannte Sonnenbeobachter Richard Carrington in seine private Sternwarte in Redhill, um wie immer an wolkenlosen Tagen die Sonnenflecken zu überwachen. Dazu brachte er in einigem Abstand hinter dem Okular des Teleskops einen weißen Projektionsschirm an, auf dem sich ein fast 30 Zentimeter großes Bild der Sonne abzeichnete. Ganz deutlich zeigte sich dabei auch eine riesige Fleckengruppe, der Carrington jetzt seine ganze Aufmerksamkeit widmete. Im nächsten Augenblick verstand der erfahrene Beobachter allerdings die Welt nicht mehr: Plötzlich erschienen zwei gleißend helle »Perlen« direkt über den dunklen Sonnenflecken. Sie überstrahlten die restliche, blendend helle Sonnenoberfläche deutlich und wurden sogar bald noch heller, so als ob die Sonne von innen aufbräche. Die Lichter expandierten und verformten sich. Carrington hatte diesen Veränderungen bis jetzt fassungslos zugesehen, riss sich nun aber los und hastete davon, um schnell einen Zeugen für die einzigartige Sichtung herbeizuholen. Er benötigte dafür nicht einmal eine Minute, doch wäre er besser geblieben. Denn mittlerweile waren die leuchtenden Erscheinungen wieder merklich abgeklungen, die blitzenden Perlen zu nadelfeinen Punkten geschrumpft, um bald ganz zu verschwinden. Nach fünf Minuten war der ganze Spuk vorbei.

Carrington hatte die erste Beobachtung eines der sehr seltenen Weißlicht-Flares gemacht. Es gehören enorme Energien dazu, das Licht der Sonne noch klar zu überstrahlen, diese Flares aber schaffen das. Sie entstehen bei unvorstellbar mächtigen Explosionen auf der Sonne (Solar Flare Effect, SFE), bevorzugt über aktiven Regionen wie großen Fleckengruppen. Im Gefolge des riesigen Flares fand der Auswurf einer gigantischen Wolke geladener Teilchen statt – eines koronalen Massenauswurfs (Coronal Mass Ejection, CME). Er erzeugte vielfarbige Polarlichter, die allerdings wegen der Intensität des Sonnensturms bis weit in südliche Breiten hinabreichten und sogar über Hawaii, Kuba, Jamaika oder den Bahamas sichtbar wurden.

Doch der »Carrington-Sturm« von 1859 bewirkte noch mehr. Weltweit versagten die Telegrafenleitungen, Funkenentladungen trafen das Personal in etlichen Stationen, teils brachen Brände aus, und selbst, als die Betreiber die Stromversorgung abkoppelten, funkten die Telegrafen munter weiter. Das Ereignis induzierte elektrische Ströme in den Anlagen.

Was aber, wenn ein vergleichbarer Sonnensturm unsere Erde heute träfe? Mittlerweile ist die Erde bis in den Orbit hinein technisiert und computerisiert; ein Umstand, der unsere Gesellschaft nun weit verwundbarer werden lässt, weit empfindlicher für kosmische Einflüsse nach Art des Carrington-Supersturms.

Wenn der Strom global ausfällt, wenn Telekommunikation und Satellitenortung versagen, steht die Welt kopf. Louis J. Lanzerotti, altgedienter Telekommunikations-Experte der amerikanischen Bell-Laboratorien, warnte bereits vor mehr als 35 Jahren vor den fatalen Folgen eines schweren Sonnensturms: »Ich begann, die Aufmerksamkeit der Weltraumphysiker auf den Flare von 1859 und seinen Einfluss auf die Fernmeldetechnik zu lenken«.

Lanzerotti selbst wurde seinerzeit hellhörig, als ein gewaltiger Sonnenflare am 4. August 1972 die Telefonverbindungen quer durch den US-Bundesstaat Illinois lahm legte. Hier gab es echten Handlungsbedarf! Tatsächlich überarbeitete damals das Unternehmen AT&T seine transatlantischen Kabelsysteme, um sie besser gegen solche Ereignisse zu schützen. Im März 1989 – in der Zeit um das vorletzte Sonnenmaximum – spielten sich ähnlich dramatische Ereignisse ab. Es ging damit los, dass Anfang. März 1989 am Sonnenrand eine monströse Sonnenfleckengruppe auftauchte, ein düsterer Moloch, der nur so vor apokalyptischer Energie strotzte. Gleich reihenweise erfolgten dort eruptive Detonationen. Die Sonnenrotation drehte das unheimliche Gebilde einige Tage später schließlich in eine geeignete Schussposition. Ziel: die Erde! Bald folgte ein weiterer heftiger Sonnensturm und erreichte unseren Planeten am 13. März.

Besonders schwer in Mitleidenschaft gezogen wurde damals die kanadische Provinz Quebec, wo die aus der Hydro-Quebec-Station gespeiste Stromversorgung für geschlagene neun Stunden zusammenbrach. Betroffen waren immerhin sechs Millionen Menschen. Der Sonnesturm schlug kräftig zu: Die Börse in Toronto erlebte einen Totalausfall der Computer und zahlreiche per Funk gesteuerte Einrichtungen spielten verrückt. So öffneten und schlossen sich automatische Garagentore völlig unkontrolliert. In New Jersey schmolzen Transformatoren. Solare Röntgenstrahlung erwärmte die irdische Hochatmosphäre, die sich daraufhin ausdehnte und die Bahn niedrig fliegender Erdsatelliten beeinflusste. Der Sonnensatellit SolarMax sackte gleich um fünf Kilometer in die Tiefe. Gegen Jahresende tauchte er dann vorzeitig in die Erdatmosphäre ein und verglühte über dem Indischen Ozean. Kein Einzel-»Fall«! Schon das berühmte Himmelslabor Skylab war 1979 unter »Mitwirkung« unserer Sonne vom Himmel gestürzt. Im Dezember 2005 unterbrachen Röntgenstrahlen eines anderen heftigen Sonnensturms die Kommunikationsbrücken zu Satelliten und ließen damit auch GPS-Navigationssignale für rund zehn Minuten verstummen. Zehn Minuten, die im Extremfall über Leben und Tod entscheiden können. Louis Lanzerotti stellt hierzu nur lapidar fest: »Ich würde mich nicht gerne in einer Linienmaschine befinden, die gerade per GPS in den Landeanflug geleitet wird.« Ein Jahr später, im Dezember 2006, visierte der Satellit GOES-13 die Sonne mit seinem X-Ray-Imager an, um einen Sonnenflare aufzunehmen. Der solare Lichtblitz war allerdings so energiereich, dass er allerdings sofort den Detektor beschädigte!

Was 1859 auf der Sonne geschah, war noch ein ganz anderes Kaliber, ein Ereignis, das gelegentlich als der »perfekte Sonnensturm« bezeichnet wird, der Supersturm eben. Seit jener Zeit hat sich bei uns viel geändert, geomagnetische Stürme sind weitaus gefährlicher für uns geworden. Bislang hat uns die Sonne noch verschont. Seit 160 Jahren gab es keinen vergleichbaren Zwischenfall mehr auf unserem Stern. Natürlich stellt sich augenblicklich die Frage, wie oft solche Carrington-Ereignisse überhaupt stattfinden. Im arktischem Eis suchen Sonnenforscher nach Antworten. Energiereiche Teilchen hinterlassen ihre Spuren in den dort eingeschlossenen und gleichsam konservierten Nitraten. Demnach gab es in den letzten 500 Jahren keinen größeren Sonnensturm als jenen von 1859. Doch Statistiken bringen hier nichts. Die Sonnenaktivität lässt sich nicht im Detail vorhersagen, sie agiert nach ihren eigenen, tief im Inneren verborgenen Gesetzen, sie zeigt sich mindestens so komplex wie das irdische Wettergeschehen. Klar aber ist, dass die Welt mit einem Carrington-Sturm rechnen muss, und zwar zu jeder Zeit. Der Schaden wäre heute natürlich ungleich größer.

Radar, GPS und Mobilfunk dürften global schnell außer Gefecht gesetzt sein, derzeit existiert für Satelliten nur wenig Schutz. Der mögliche Schaden im Orbit wird laut einer aktuellen Studie auf zwischen 30 und 70 Milliarden US-Dollar geschätzt. Experten fordern eine Art Sicherheitsreserve: sofort startbereite Ersatzsatelliten! Auch für Astronauten würde ein Carrington-Sturm definitive Lebensgefahr bedeuten, und das bereits wenige Minuten nach dem Ausbruch. Viel Zeit hätten Menschen im Orbit also wirklich nicht, sich ins Innere ihres Raumfahrzeugs und damit hoffentlich auch in Sicherheit zu bringen. Während sie den Orkan aus dem All abwarten, könnte auf dem Boden bereits das absolute Chaos ausbrechen, je nach Uhrzeit, Intensität und Ausdehnung des Sonnensturms. Bei anhaltenden Stromausfällen wäre mit Plünderungen und Ãœberfällen zu rechnen, die Infrastruktur käme zum Erliegen, die Wirtschaft täte wohl ihren letzten Atemzug.

Unsere Gesellschaft krankt zunehmend an ihrer stetig wachsenden Komplexität. Zur Aufrechterhaltung des Systems sind ebenfalls immer aufwändigere Gegenmaßnahmen erforderlich. Sehr viel kann man derzeit allerdings nicht tun, um die fatalen Auswirkungen eines Sonnensturms à la Carrington zu verhindern.

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Das Weltraumteleskop Hubble verwöhnt uns seit zwei Jahrzehnten mit fantastischen Aufnahmen aus den Tiefen des Weltalls. Hubble hat uns entlegene Galaxien, heiße Sonnen und explodierende Supernovas ins Wohnzimmer geholt. Über 100.000 Runden hat das Teleskop um die Erde gedreht, dabei 30.000 Objekte ins Visier genommen und 600.000 Fotos geschossen. Längst nagt der Zahn der Zeit an Hubble. Doch eine Weile wird es noch für uns gucken.

Jetzt feiert Hubble seinen 20. Geburtstag: Am 24. April 1990 startete das Teleskop an Bord des US-Shuttles Discovery ins All. Schon einen Tag darauf wurde es im Orbit ausgesetzt. Sein erstes Foto machte Hubble dann am 20. Mai 1990 – und es war völlig unscharf.

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