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Wie im Science-Fiction-Drehbuch: Sonnenstürme könnten ganze Landstriche von der Stromversorgung kappen!
Die Sonne war von rötlicher Farbe, und sie erhielt einen schwarzen Dampf ähnlich einer Elster, der sich erst nach einigen Monaten auflöste.» Diese Beschreibung von Sonnenflecken stammt aus einer chinesischen Aufzeichnung aus dem Jahr 188 nach Christus. Schon früh wurde das Himmelsphänomen beobachtet.
Heute kennt man die Ursachen, die hinter diesem Naturschauspiel stecken. Da die Sonne in verschiedenen Breitengraden unterschiedlich schnell um ihre eigene Achse rotiert, kommt es im Verlauf von Jahren zu starken magnetischen Störungen auf der Sonnenoberfläche. Die sogenannten Sonnenflecken sind das auffälligste Merkmal dieser Aktivität, die im Durchschnitt alle elf Jahre ein Maximum erreicht.
Bei erhöhter Sonnenaktivität entstehen viele Sonnenflecken, und auf der Erde kann man ein häufigeres und stärkeres Vorkommen von Polarlichtern beobachten. Je nach Aktivität können in komplexen aktiven Gebieten lokal begrenzte Explosionen auftreten – die Flares. Diese Sonneneruptionen finden statt, wenn in solchen Gebieten schlagartig magnetische Energie in thermische Energie umgewandelt und freigesetzt wird. Die während dieser Ausbrüche ausgesendete energiereiche Teilchenstrahlung verstärkt den Sonnenwind, daher treten wenige Tage nach der Eruption oftmals intensive Polarlichter auf, die gelegentlich sogar bei uns gesehen werden können.
Sonnenflecken treten paarweise auf, wobei der eine Fleck eine positive, der andere eine negative magnetische Polarität aufweist, ähnlich wie die Pole eines Hufeisenmagneten. Die Sonnenoberfläche ist etwa 5500 Grad heiss. Da die Sonnenflecken eine Temperatur von «nur» etwa 4000 Grad haben, erscheinen sie dem Beobachter als dunkle Gebilde. Sie haben einen typischen Durchmesser von etwa 20 000 Kilometern. Grössere Fleckengruppen können sich über hunderttausend und mehr Kilometer erstrecken. Im April 1947 wurde eine Riesengruppe mit einer Ausdehnung von fast 300 000 Kilometern beobachtet – dies sind mehr als drei Viertel der Strecke von der Erde zum Mond.
Die Sonne sendet mit ihrer Strahlung einen permanenten Strom von geladenen Teilchen – den Sonnenwind – aus. Das Erdmagnetfeld fängt normalerweise diese Teilchen ab und schützt uns davor. Erst bei einem Sonnensturm – wenn sich die Stärke des Sonnenwindes durch eine erhöhte Sonnenaktivität stark gesteigert hat, können diese geladenen Teilchen viel weiter vordringen. Allerdings ist dies nur der Fall, wenn der Sonnensturm erdgerichtet ist. Viele Sonnenstürme treffen die Erde nicht direkt und verpuffen für uns ohne Folgen im Weltall. Nicht so 1859: Vom 28. August bis 2. September ereigneten sich mehrere starke Sonneneruptionen. Dieser Sonnensturm produzierte Polarlichter, die bis nach Rom, Havanna und Hawaii sichtbar waren, und verursachte Starkströme in den Telegrafenleitungen in Nordeuropa und Nordamerika, sodass diese Funken schlugen. Das erst gerade weltweit installierte Telegrafennetz wurde massiv beeinträchtigt.
Heute können schwere Sonnenstürme bei Satelliten, elektrischen Anlagen, Navigationssystemen wie GPS und Funkverbindungen starke Störungen verursachen. Am 30. Oktober 2003 führte ein solcher Sturm zu einem mehrstündigen Stromausfall in Malmö (Schweden) und einem Ausfall des europäischen Flugradarsystems. Über 60 Flüge in den USA mussten verschoben werden. Die US-Luftfahrtbehörde empfahl Fluggesellschaften, nördlich des 35. Breitengrades tiefer zu fliegen, da die Strahlendosis in dieser Höhe geringer war. Die Navigationssysteme für den automatischen Landeanflug auf US-Flughäfen fielen teilweise aus, weil die Signale der GPS-Satelliten gestört wurden. Der Sonnensturm zerstörte auch die Solarzellen des japanischen Erdbeobachtungssatelliten Midori II und mit ihnen den 630 Millionen US-Dollar teuren Satelliten.
Experten sind überzeugt davon, dass Sonnenstürme für unsere technisierte Gesellschaft eine ernsthafte Gefahr darstellen, da die Stromversorgung, der Flugverkehr, unsere Kommunikationssysteme, ja sogar die Finanzwirtschaft von Satelliten und anderen komplexen verletzlichen technischen Installationen abhängen.
Das Weltraumwetterereignis von 1859, das schwere Schäden im gerade entstehenden Telegrafennetz verursachte, würde sich in der heutigen hoch technisierten Welt fatal auswirken. Eine Studie des britischen Strom- und Gasversorgers UK National Grid zeigt, dass ein derartiger Sonnensturm heute manche Regionen für mehrere Monate von der Stromversorgung abschneiden könnte. Dabei war der Sonnensturm von 1859 im historischen Vergleich nicht einmal besonders stark. Beim Ansturm der energiereichen Teilchen auf die Erde können zudem elektrische Ströme in Überlandleitungen oder Öl-Pipelines erzeugt werden. Ausserdem kann es zu Unterbrechungen in der Stromversorgung, dem Zusammenbruch des Telefonnetzes sowie zu Korrosionsschäden an den Rohren von Pipelines kommen.
Deshalb steht unsere Sonne unter dauernder Beobachtung von Satelliten. Unter anderem zeichnet das Sonnen- und Heliosphärenobservatorium «Soho», das mit einem Dutzend Detektoren an Bord ausgerüstet ist, alles auf – von den schnellen Protonen des Sonnenwindes bis zum langsamen Pulsieren der Sonne selbst. Wenn Satelliten jedoch den Partikelstrom eines Sonnensturms aufzeichnen, ist dieser praktisch schon auf der Erde angekommen. Allerdings können grosse Solarausbrüche direkt vom Satelliten beobachtet werden. Danach dauert es etwa ein bis zwei Tage, bis der Sonnensturm die Erde erreicht. Computermodelle berechnen dann die mögliche Ankunft der geladenen Teilchen auf der Erde. Im Oktober 2011 nahm die NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) ein neues Computermodell in Betrieb. Damit kann auf sechs Stunden genau vorhergesagt werden, wann ein Sonnensturm die Erde treffen wird.
Fotos: dukas, Andreas Walker