Wenn es auf der Sonne stürmt, leuchtet es auf der Erde

Von Markus Brauer

In der Nacht vom in der Nacht vom 19. auf den 20. Januar traf ein ungewöhnlich starker Sonnensturm die Erde – die stärkste Eruption unseres Heimatsterns seit 20 Jahren. Polarlichter waren über Mittel- und Nordeuropa bis nach Nordamerika zu bewundern.

Stellarer Sturm

Dieser stellare Sturm bringt aber nicht nur beeindruckende Himmelsphänomene mit sich, sondern kann auch zu Störungen im Funkverkehr, bei der Satellitenkommunikation und bei Navigationssystemen wie GPS führen.

Der aktuelle Sonnensturm erreicht die vierte von fünf Stufen auf der Skala der US-Wetterbehörde National Oceanic and Atmospheric Administration ( NOAA). Zuletzt wurde diese Eskalationsstufe im Oktober 2003 gemessen. Damals führte das zu Stromausfällen in Schweden und Südafrika.

Deshalb hatte NOAA auch vor möglichen Störungen im Stromnetz gewarnt. Astronauten in der internationalen Raumstation ISS sind ebenfalls von dem Weltraumwetter betroffen und müssen auf Außengänge verzichten und ihre Instrumente schützen.

Wie Sonnenstürme entstehen

Sonnenstürme entstehen durch koronale Massenauswürfe der Sonne. Dabei handelt es sich um riesige Wolken aus geladenen Teilchen, die von unserem Zentralgestirn ins All geschleudert werden. Sonnenstürme der Stufe 4 ereignen sich rund dreimal alle elf Jahre, aber nicht alle treffen auf unseren Heimatplaneten.

Nur falls die Plasmawolken in unsere Richtung eruptieren, können sie einen geomagnetischen Sturm auslösen. Die an den magnetischen Polen der Erde herabströmenden elektrisch geladenen Teilchen eines Sonnensturms führen nicht nur zu Polarlichtern, sondern heizen dort die Atmosphäre stark auf. Die erhitzte Luft dehnt sich dann aus und strömt von den Polen weg in Richtung Äquator.

Magnetfeld schützt die Erde

Unsere Sonne ist derzeit besonders aktiv und zeigt viele dunkle Flecken – kühlere Region – auf ihrer Oberfläche. Über solchen Flecken kann es zu plötzlichen Veränderungen des Magnetfelds kommen. Derartige Eruptionen katapultieren dann große Mengen an geladenen Teilchen ins Weltall hinaus. Am 19. Januar schleuderte die Sonne gleich mehrere solcher koronalen Massenauswürfe Richtung Erde und löste damit den massiven Sonnensturm aus.

Die Erde ist zwar durch ihr Magnetfeld vor elektrisch geladenen Teilchen aus dem Weltall geschützt. Doch bei einem Sonnensturm gerät dieser Schutz ins Wanken. Viele Teilchen gelangen entlang der magnetischen Feldlinien hinab zu den Polen und lösen, wenn sie in der Hochatmosphäre auf Luftmoleküle treffen, die Leuchterscheinungen der Polarlichter aus. Aber die Stürme führen auch zu starken Schwankungen des irdischen Magnetfelds, die wiederum elektrische Ströme auslösen können.

Auswirkungen von Sonnenstürmen

• Koronal: Beim Sonnensturm spricht man auch von einem koronalen Massenauswurf (CME: Coronal mass ejection), bei dem Plasma ausgestoßen wird. Werden die Auswirkungen in großer Entfernung zur Sonne untersucht, so spricht man auch von interplanetarem koronalem Massenauswurf (ICME: Interplenatary coronal mass ejection).
• Auslöser: Auslöser von Sonnenstürmen sind schlagartige Änderungen im Magnetfeld unseres Zentralgestirns. Da die Sonne sich am Äquator deutlich schneller dreht als an ihren Polen, verdrillt sich ihr Magnetfeld in einem elfjährigen Rhythmus. Es bilden sich eine Art magnetischer Schläuche, die an die Oberfläche durchbrechen können und dort kühle Zonen – die dunklen Sonnenflecken – erzeugen.

• Massenauswurf: Treffen außerhalb der Sonne Magnetfeld-Schläuche aufeinander, kann es zu einer Art Kurzschluss kommen: Die Feldlinien ordnen sich schlagartig neu und setzen dabei große Mengen an Energie frei. Die Folge: ein Massenauswurf. Dabei wird elektrisch geladene Materie aus der heißen Sonnenatmosphäre – der Korona – mit hoher Geschwindigkeit ins All hinausgeschleudert.

• Erde: Trifft ein solcher Massenauswurf auf das Magnetfeld der Erde, führt das einerseits zu wunderschönen Polarlichtern, könnte andererseits aber auch verheerende Folgen für unsere inzwischen weit höher entwickelte technische Zivilisation haben. So kann die empfindliche Elektronik von Satelliten gestört oder auch beschädigt werden. Stark schwankende Magnetfelder beeinflussen zudem elektrische Leitungsnetze und können zu Überlastungen von Transformatoren führen und großflächige Stromausfälle auslösen.

Gravierende Auswirkungen auf Internet und Strom

Starke Eruptionen der Sonne haben enorme Folgen für das Leben auf der Erde. Im Februar 2022 stürzten 38 Starlink-Satelliten infolge eines Sonnensturms ab, im März 1989 kam es infolge einer Sonneneruption zu einem großräumigen Stromausfall in Kanada.

Ein von vielen historischen Quellen erwähnter Sonnensturm im Februar 1872 war deutlich heftiger als bisher angenommen. Bis fast zum Äquator waren im Februar 1872 Polarlichter sichtbar, in Europa und Asien fielen Telegrafie-Verbindungen aus. Der Sonnensturm zähle zu den drei stärksten bislang erfassten, wie ein Forscherteam um Hisashi Hayakawa vom Rutherford Appleton Laboratory im britischen Didcot. Die beiden anderen sind das „Carrington-Ereignis“ vom September 1859 und der „New York Railroad Storm“ vom Mai 1921.

Beide Male kam es ebenfalls zu Ausfällen von Telegrafie-Verbindungen sowie zu Bränden durch elektrischen Funkenschlag. 1921 fiel die gesamte Signal- und Schaltanlage der New York Central Railroad aus – daher auch der Name.