Wenn das Magnetfeld der Erde durch Sonneneruptionen ins Wanken gerät

Wenn von starken Sonnenstürmen die Rede ist, tauchen häufig zwei Skalen auf – „doch die verschiedenen Skalen beschreiben unterschiedliche Dinge“, erklärt Lucia Kleint, Leiterin der Forschungsgruppe „Spaceweather“ am Astronomischen Institut der Universität Bern, dessen Co-Direktorin sie auch ist.

Wie werden Sonnenstürme gemessen – und was sagen die Skalen aus?

Zum einen gibt es die Skala für Sonneneruptionen auf der Sonne selbst. Sie reicht von A- und B-Ausbrüchen über C- und M-Eruptionen bis hin zu den extremsten Ereignissen der Klasse X, so die Forscherin. Diese Skala sagt aus, wie energiereich eine Explosion auf der Sonnenoberfläche ist.

Zum anderen gibt es eine Skala, die beschreibt, wie stark sich das Magnetfeld der Erde verändert, wenn es von einem Sonnensturm getroffen wird. Diese sogenannte geomagnetische Skala reicht von G1 bis G5. „Bei G5 sind Polarlichter auch sehr wahrscheinlich weit Richtung Äquator zu sehen“, sagt Kleint.

Das Problem: Diese Skalen würden zwar helfen, Ereignisse einzuordnen, aber könnten nicht automatisch vorhersagen, welche konkreten Folgen sie auf der Erde auslösen werden, sagt die Sonnenforscherin.

Wann kommt der nächste Jahrhundertsturm?

Die Fragen nach dem nächsten Jahrhundertsturm oder Polarlichtern höre sie sehr oft. „Ich verstehe, warum so viele diese Fragen stellen, aber ich kann sie einfach nicht beantworten“, sagt sie. Solange die Sonne so aktiv wie derzeit ist, könne es auch erneut zu sehr starken Eruptionen kommen. Wann und ob ein extrem starker Sonnensturm aber tatsächlich eintritt, lasse sich nicht vorhersagen. „Wir wissen nur, dass eine hohe Sonnenaktivität auch das Risiko für einen starken Sonnensturm erhöht“, so Kleint.

Was sind die ersten Anzeichen eines Sonnensturms?

Entgegen der verbreiteten Vorstellung sind Polarlichter Kleint zufolge nicht das erste Anzeichen eines Sonnensturms, der die Erde getroffen hat. „Tatsächlich sind Polarlichter das Letzte, was man von einem Sonnensturm bemerkt“, sagt sie. Die Teilchen, welche die Lichter auslösen, erreichen die Erde erst etwa einen Tag später – dann, wenn der eigentliche Sturm längst im Gange war.

Am Anfang entsteht der Forscherin zufolge ein heller Blitz auf der Sonne, der bei Beobachtungen der Sonnenoberfläche sichtbar ist – allerdings nur für Minuten. Kurz darauf steigt die Strahlung deutlich an.

Welche Folgen haben starke Sonnenstürme auf der Erde?

Die Folgen können je nach dessen Stärke weitreichend sein. Laut Deutschem Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) können sie sich auf folgende Bereiche auswirken:

#Stromnetze & Energieversorgung: Geomagnetisch induzierte Ströme können Hochspannungsnetze belasten, zu Spannungsinstabilitäten und Fehlschaltungen führen und Blackouts auslösen.

#Lieferketten: Durch langandauernde Stromausfälle können Lieferketten für Güter des täglichen Bedarfs verzögert oder unterbrochen werden.

#Mobilität: Vorübergehende Ausfälle oder veränderte Flugrouten im Luftverkehr sind möglich.

#Kommunikation und Navigation: Aufgrund der zunehmend satellitengestützten Kommunikation und Navigation kann es zu Beeinträchtigungen kommen – etwa bei GPS-Systemen, Telekommunikation oder Rundfunk.

#Menschen und Raumfahrt: Bei astronautischen Missionen, etwa bei einem Weltraumspaziergang, kann es für Astronauten und Astronautinnen gefährlich werden, wenn sie intensiver Strahlung ausgesetzt sind.

Warum der Carrington-Sturm so berühmt wurde

Als Referenz für einen der bekanntesten Sonnenstürme gilt häufig das Carrington-Ereignis von 1859. „Die Eruption von 1859 war allerdings nicht die extremste bekannte“, ordnet Kleint ein.

Besonders sei daran etwas anderes gewesen: Der britische Astronom Richard Carrington konnte damals per Zufall erstmals direkt einen hellen Blitz auf der Sonne durch ein Fernrohr beobachten. Er holte sofort einen Assistenten als Zeugen – doch der Blitz war bereits nach wenigen Minuten verschwunden.

Die eigentlichen Auswirkungen folgten einen Tag später – und waren enorm. Telegrafennetze fielen aus, Geräte wurden beschädigt. „Zum ersten Mal in der Geschichte verfügten Menschen über technische Systeme, die durch einen Sonnensturm spürbar beeinträchtigt wurden“, sagt Kleint.

Auswirkungen auf Internet und Kommunikation

Das DLR weist darauf hin, dass Weltraumwetter für Technik und Infrastruktur heutzutage ähnlich folgenreich sein kann wie ein schweres Unwetter am Boden.

Zuletzt kam es Mitte November dieses Jahres laut Kleint zu einem Ereignis, das auf der geomagnetischen Skala als G4 einzuordnen war – also bereits sehr stark und in der Folge auch mit Polarlichtern über Deutschland. Auffällig dabei sei gewesen, dass es „enorm lange gedauert hat, bis sich das Magnetfeld der Erde wieder normalisiert hat“, sagt Lucia Kleint.

Das ist in unserer auf Technologien angewiesenen Welt durchaus ein Grund zur Sorge. Denn Studien zeigen, dass auch moderne Kommunikations- und Satellitennetze empfindlich auf starke geomagnetische Stürme reagieren können. Eine Analyse der University of California etwa weist darauf hin, dass koronale Massenauswürfe großflächige Störungen in globalen Netzinfrastrukturen, darunter Internetverbindungen, verursachen können – insbesondere bei langanhaltenden Ereignissen.

Panik ist dennoch nicht angebracht. Denn laut Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) kam es innerhalb eines jeweils elfjährigen Sonnenzyklus in der Vergangenheit zu lediglich zwei bis fünf schweren Sonnenstürmen auf der Erde.

Messbar – aber nicht planbar

Sonnenstürme lassen sich somit heutzutage besser messen als je zuvor. Doch zwischen Messung, Vorhersage und konkreten Auswirkungen klafft weiterhin eine Lücke. Skalen wie G1 bis G5 helfen, Ereignisse einzuordnen, ersetzen aber keine zuverlässige Prognose. Sonnenforscherin Lucia Kleint beschreibt diesen Umstand so: „Wir merken vom Sonnensturm selbst wenig – aber wir spüren seine Folgen umso deutlicher.“ Das ist auch der Grund, weshalb Forschende weltweit intensiv an verbesserten Vorhersagemöglichkeiten arbeiten.