In der letzten Woche hat unsere Sonne einige ziemlich starke Sonneneruptionen ausgespuckt, da sie sich auf dem Höhepunkt ihres 11-jährigen Sonnenzyklus befindet. Aber wie besorgt sollten Sie über die radioaktiven Rülpser der Sonne sein?
Zunächst sollten wir zwischen verschiedenen Arten von Sonnenaktivität unterscheiden:
Sonnenflecken sind riesige dunkle Bereiche auf der Sonnenoberfläche, die entstehen, wenn Schwankungen im Magnetfeld der Sonne an die Oberfläche gelangen. Die Flecken sind dunkel, weil sie kühler sind als die anderen Teile der Sonnenoberfläche um sie herum. Kühlheit ist hier ziemlich relativ – ein Sonnenfleck ist immer noch glühend heiß (4.500 Grad Celsius), aber er ist von Material umgeben, das Temperaturen von 11.000 Grad F (6.000 C) erreicht.
Solar Flares sind gigantische Explosionen, die mit Sonnenflecken verbunden sind, verursacht durch die plötzliche Freisetzung von Energie durch „Drehungen“ im Magnetfeld der Sonne. Sie sind intensive Strahlungsausbrüche, die zwischen Minuten und Stunden dauern können.
Koronale Massenauswürfe (CMEs) fallen manchmal mit Sonneneruptionen zusammen. Dabei handelt es sich um riesige Explosionen von Materie – Gas und magnetisiertes Plasma – die mit Millionen von Kilometern pro Stunde von der Sonne weggeschossen werden.
Wo liegt das Problem?
Sonneneruptionen und CMEs stellen keine direkte Bedrohung für Menschen dar – die Erdatmosphäre schützt uns vor der Strahlung des Weltraumwetters. (Wenn ein Astronaut im Weltraum mit den hochenergetischen Teilchen eines CMEs bombardiert wird, könnte er oder sie schwer verletzt oder getötet werden. Aber die meisten von uns werden sich über diese Situation keine Sorgen machen müssen.) Wir könnten jedoch die Auswirkungen von CMEs indirekt spüren, durch die Störungen unserer Technologie – einige davon könnten verheerende und anhaltende Auswirkungen auf die Zivilisation haben.
Wenn ein CME die Magnetosphäre der Erde trifft – das Volumen des Raums um unseren Planeten, das von unserem Magnetfeld beeinflusst wird – wenn er nach Süden gerichtet ist, wird er stark mit dem nach Norden gerichteten Magnetfeld der Erde interagieren. Wenn dies geschieht, wird das Magnetfeld der Erde „wie eine Zwiebel aufgeschält, so dass energetische Sonnenwindteilchen die Feldlinien hinunterströmen und auf die Atmosphäre über den Polen treffen“, erklärt die NASA. „An der Erdoberfläche macht sich ein Magnetsturm durch einen schnellen Abfall der Magnetfeldstärke der Erde bemerkbar. Diese Abnahme dauert etwa 6 bis 12 Stunden, danach erholt sich das Magnetfeld allmählich über einen Zeitraum von mehreren Tagen.“
Der geomagnetische Sturm, der aus der Wechselwirkung zwischen CME und Magnetosphäre resultiert, kann alle Arten von Technologie durcheinander bringen, auf die wir uns im modernen Leben verlassen. Satelliten, die hoch oben in geosynchronen Umlaufbahnen kreisen – viele davon sind Kommunikationssatelliten – sind anfällig für geomagnetische Stürme, entweder weil sie von hochenergetischen Teilchen durchdrungen werden könnten oder weil der Satellit hoch aufgeladen werden könnte, was dazu führen könnte, dass wichtige Komponenten durch Entladungsströme beschädigt werden.
Noch schwerwiegender ist das Potenzial von CMEs, elektrische Netze zu beschädigen. Ein geomagnetischer Sturm erzeugt elektrische Ströme in leitfähigem Material am Boden, unter anderem durch Rohrleitungen, Kommunikationskabel und Stromleitungen. Diese großen, geomagnetisch induzierten Ströme können Transformatoren überlasten und zu weit verbreiteten Stromausfällen führen.
„Stellen Sie sich große Städte vor, die eine Woche, einen Monat oder ein Jahr lang ohne Strom sind“, sagte der Physiker Daniel Baker von der University of Colorado laut National Geographic auf einer Geophysik-Tagung 2011. „Die Verluste könnten 1 bis 2 Billionen Dollar betragen, und die Auswirkungen könnten jahrelang zu spüren sein.“
Nichts davon ist rein hypothetisch. Der als Carrington-Ereignis bezeichnete Sonnensturm von 1859, der stärkste seit Beginn der Aufzeichnungen, ließ Polarlichter bis nach Kuba aufflackern – und legte die Telegrafenleitungen in ganz Nordamerika lahm. Ein CME im Jahr 2003 störte Satelliten und Hochfrequenz-Funkverbindungen und legte die schwedische Stadt Malmö lahm.
Als Teil eines von der NASA finanzierten Workshops über die Auswirkungen des Weltraumwetters analysierte der Ingenieur und Experte für geomagnetische Stürme John Kappenmann, wie ein geomagnetischer Sturm, der mit einem besonders starken im Mai 1921 vergleichbar war, das Stromnetz beschädigen würde. Kappenmann berechnete, dass, wenn das Sonnenereignis von 1921 heute eintreten würde, mehr als 130 Millionen Menschen wahrscheinlich ihren Strom verlieren würden und 350 Transformatoren dem Risiko einer dauerhaften Beschädigung ausgesetzt wären. Das Ersetzen oder Reparieren dieser Transformatoren könnte Wochen bis Monate dauern; in der Zwischenzeit würde alles, von sauberem Wasser über Tankstellen bis hin zu Mobilfunkdiensten und Transportmitteln, in den ausgefallenen Gebieten leiden.
„Die Physik der Sonne und des Erdmagnetfeldes hat sich nicht grundlegend geändert, aber wir haben es“, sagte Kappenman gegenüber Popular Science. „Wir haben uns entschieden, die Stromnetze zu bauen, und wir haben sie nach und nach anfälliger gemacht, da wir sie mit jedem Aspekt unseres Lebens verbunden haben. Eines Tages wird ein weiteres Carrington-Ereignis eintreten.“
Was können wir tun?
Dass Hochspannungstransformatoren anfällig für geomagnetische Stürme sind, liegt zum Teil an den Maßnahmen, die wir getroffen haben, um sie vor Blitzeinschlägen zu schützen. Die Masseverbindungen zwischen den Transformatoren, die diese Stromstöße ableiten, dienen auch als Einfallstor für geomagnetisch induzierte Ströme. Versorgungsunternehmen können sich gegen schweres Weltraumwetter schützen, indem sie wichtige kritische Transformatoren mit elektrischen Widerständen oder Kondensatoren ausstatten – aber bei einem Preis von Hunderttausenden von Dollar pro Transformator sind sie nicht bereit, diese Schutzvorrichtungen freiwillig zu installieren.
Eine frühere Warnung vor potenziell schädlichen CMEs, die auf die Erde zusteuern, würde den Versorgungsunternehmen etwas Zeit geben, die Stromerzeugung zu drosseln, um zu versuchen, die Auswirkungen der geomagnetischen Ströme zu mildern. Derzeit kann das Space Weather Prediction Center des National Weather Service nur zwischen 10 und 60 Minuten vor starken geomagnetischen Stürmen warnen. Eine bessere Weltraumwettervorhersage könnte uns noch mehr Zeit geben, um Vorbereitungen zu treffen, um den Sonnensturm zu überstehen. Leider ist unser Alarmsystem schon jetzt aufrüstungsbedürftig. Viele der Satelliten, auf die wir uns verlassen, um die Sonnenaktivität zu überwachen, nähern sich dem Ende ihrer Lebensdauer, und Pläne für Ersatz sind rar.
Insgesamt „sehen wir langsam ein größeres Bewusstsein“ bei den politischen Entscheidungsträgern für die Risiken, die von Sonnenstürmen ausgehen, so Chris Beck vom Electric Infrastructure Security Council gegenüber der Washington Post. „Obwohl wir noch nicht ganz an dem Punkt sind, an dem wir tatsächlich Lösungen einführen.“
Bild: NASA/SDO