Die kommenden Monate sollen stürmisch werden. Weltraumexperten haben für Mitte des Jahres eine besonders hohe Sonnenaktivität vorausgesagt. Durch Eruptionen an der Oberfläche werden sich gigantische Gasbälle lösen und gen Erde schießen. „Im elf Jahre dauernden Sonnenzyklus gibt es rund 10.000 Sonnenstürme. Davon kommen etwa 40 auf der Erde an“, sagt Volker Bothmer von der Uni Göttigen.
Weil das auch konkrete Auswirkungen auf die Kommunikationssatelliten hat, hat ein internationales Forscherteam unter seiner Leitung nun den ersten Prototypen eines europäischen Frühwarnsystems für Weltraumwetter entwickelt. Dies analysiert die Daten aktueller Weltraummissionen in Echtzeit und berechnet Stärke, Richtung, Geschwindigkeit und Verlauf von Sonnenstürmen sowie die zu erwartenden Folgen auf der Erde. „Advanced Forecast for Ensuring Communications Through Space“ (AFFECTS) heißt das System, das etwa 2,5 Millionen Euro gekostet hat. Finanziert wurde es in weiten Teilen mit EU-Mitteln.
Konkret funktioniert das so: Nach Eruptionen auf der Sonne werden die Daten aktueller Weltraummissionen und von Satelliten in Echtzeit analysiert. Diese befinden sich etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt.
Das neue System berechnet aus dieser großen Datenmenge Stärke, Richtung, Geschwindigkeit und Verlauf von Sonnenstürmen und die zu erwartenden Folgen auf der Erde. „Aus der Analyse dieser Daten lassen sich die Eigenschaften des Sonnensturmes ableiten, der Zeitpunkt, wann er ungefähr auf der Erde eintrifft und welche Auswirkungen das Unwetter hier haben wird“, erklärte Projektleiter Volker Bothmer. Ein eindeutiges Ergebnis berechne das System binnen maximal einer Stunde. Weil der Weg von der Sonne bis zur Erde 150 Millionen Kilometer beträgt, könne eine Vorwarnzeit von mindestens zwölf Stunden erreicht werden.
Was Sonnenstürme auslösen können
Kleine Sonnenstürme, sogenannte Sonnenflecken, sind ganz normal. Doch manchmal schießen große Gasblasen aus der Sonnenoberfläche hervor und rasen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2000 Kilometern pro Sekunde durch den interplanetarischen Raum. Dabei werden riesige Mengen von Materie freigesetzt. Und diese Materie kann die Magnetosphäre stören.
Diese befindet sich etwa 50.000 Kilometer von der Erde entfernt und legt sich wie ein Schutz vor Sonnenstürmen um den Planeten. „Wenn ein Partikelsturm die Grenze der Magnetosphäre erreicht, kann das unter bestimmten Umständen magnetische Reaktionen zur Folge haben und einen sogenannten Geomagnetischen Sturm hervorrufen“, sagt Alexi Glover, Astronomin der ESA in Madrid. „Ein konstanter Wind im interplanetaren Raum ist ganz normal, aber heftige Stürmen bergen das Potential zu großen Störungen.“
Sonnensturm legt Stromnetz lahm
2003 zum Beispiel legten die Auswirkungen eines Sonnensturms das Stromnetz einer ganzen Region in Schweden lahm und sorgten für einen Ausfall des europäischen Flugradars sowie zur Streichung zahlreicher Flüge in den USA. Rund 390 Millionen Euro teure Forschungssatellit „Midori 2“ ging verloren.
Auch 1989 kam es in der Folge eines Sonnensturms in der kanadischen Provinz Québec zu einem Stromausfall, von dem ganze sechs Millionen Menschen in der Region um Montreal betroffen waren. Der bisher heftigste Sonnensturm seit Beginn der Aufzeichnungen wurde in der Nacht vom 1. auf den 2. September 1859 registriert. Das gerade neu installierte weltweite Telegrafennetz soll dabei stark beschädigt worden sein.
Sonnenstürme rufen aber auch ein gigantisches Naturschauspiel hervor. Spektakuläre Nordlichter zeichnen sich dann als grüne, rote, gelbe und violette Bänder am Nachthimmel ab. Sind die Stürme besonders stark, ist das Naturphänomen nicht nur nördlich des Polarkreises, sondern sogar in Deutschland zu beobachten. Hervorgerufen werden sie durch die an den Feldlinien entlangströmenden geladenen Teilchen und die Verformung der Magnetosphäre während eines Sonnensturms.
„Auch dieses Schauspiel beobachten wir genau, um zu verstehen wie lange es dauert, bis sich ein Sonnensturm auf der Erde ausbreitet“, sagt Volker Bothmer aus Göttingen. Das neue Weltraumwetter-Frühwarnsystem könne helfen, solche Schäden zu vermeiden, so der Astrophysiker.
Alle Ergebnisse des neuen Frühwarnsystems stellen die Forscher sofort auf der Seite www.affects-fp7.eu ins Internet. Außerdem sollen sie per App für Android- und Apple-Geräte zur Verfügung stehen.
Zu den Partnern des Projekts „Advanced Forecast For Ensuring Communications Through Space (AFFECTS)“ gehören neben der Universität Göttingen das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Neustrelitz, das Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik in Freiburg, die Firma Astrium ST in Friedrichshafen, das Planetarium Hamburg, das Königliche Observatorium für Belgien in Brüssel, das Geophysikalische Institut der Universität Tromsö in Norwegen, das nationale Weltraumforschungsinstitut der Ukraine und das Space Weather Prediction Center der National Oceanic and Atmospheric Administration der USA.
