Aktivität unserer Sonne und ihre Kapriolen: Warten auf das solare Maximum – Weltraumwetter

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Die Sonne ist unberechenbar – das zeigt sich in diesem Jahr besonders deutlich: Eigentlich sollte sie spätestens im Mai 2013 ihr solares Maximum erreichen – eine besonders aktive Phase mit vielen Sonnenflecken und koronaren Massenausbrüchen. Doch stattdessen herrscht noch immer relative Ruhe auf unserem Zentralstern. Nur wenige Ausbrüche und kaum Sonnenflecken zeigen sich.

Doch das könnte die Ruhe vor dem Sturm sein. Denn Sonnenphysiker gehen davon aus, dass das Maximum noch kommt – wenn auch mit Verspätung.

Nach gängiger Annahme gleicht die Aktivität unserer Sonne einem gewaltigen Pendel: In einem Rhythmus von elf Jahren schwingt sie zwischen einer Phase der Ruhe und einer Phase der extremen Ausbrüche und Sonnenstürme hin und her. Steht sie in einem solaren Maximum, häufen sich die Anomalien in Magnetfeld und Temperaturen auf ihrer Ober-fläche, als Folge entstehen besonders viele Sonnenflecken und immer wieder schleudert der Stern große Mengen Plasma und energiereiche Strahlung ins All.

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Genau so ein Maximum sollte die Sonne den Berechnungen der Astrophysiker nach in diesem Jahr erreichen. Doch bisher lässt es auf sich warten. Statt ständiger Ausbrüche und Sonnenstürme herrscht Flaute auf unserem Zentralstern. Die bisher beobachtete Aktivität liegt deutlich unter dem Vorhergesagten. Eigentlich hatten die Astrophysiker den Höhepunkt der Saison für Mai 2013 prognostiziert.

Weil allerdings schon im solaren Minimum im Jahr 2006 bis 2008 die Sonne fast in Totenstarre verfallen war – so gut wie keine Flecken, kaum Flares oder Massenausbrüche – sagten die Experten auch für das Maximum eine eher unterdurchschnittliche „Performance“ voraus. Maximal 90 Sonnenflecken, so erklärten sie, seien 2013 zu erwarten.

Zwei Gipfel statt einem?

Bislang allerdings gibt es keine Anzeichen dafür, dass unser Stern aufwacht. Heißt das, das solare Maximum fällt aus? Nach Ansicht des Sonnenphysikers Dean Pesnell vom Goddard Space Flight Center der NASA ist das nicht der Fall. Stattdessen rechnet er mit einem Doppelwhopper: einem doppelten Gipfel des Maximums. „Schon die letzten beiden solaren Maxima hatten nicht einen, sondern gleich zwei Peaks“, erklärt der Forscher. Sowohl 1989 als auch 2001 stieg die solare Aktivität zwar zunächst wie erwartet an, sank dann aber wieder ab, nur um dann ein Jahr später nochmal anzusteigen.

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Das gleiche, so glaubt er, könnte auch in diesem Jahr passieren. Denn bereits 2011 gab es ein erstes, schwaches Hoch der Sonnenflecken – das könnte der erste Gipfel gewesen sein. 2012 kam dann das extrem ruhige Loch. „Ich bin relativ sicher, dass ein zweiter Gipfel noch in diesem Jahr kommen wird und dann voraussichtlich bis ins Jahr 2014 hinein anhalten wird“, so Pesnell. Was aber verursacht einen solchen doppelten Gipfel?

Chaotisch und asynchron – Wie entsteht ein Doppel-Maximum?

Die Frage, warum unsere Sonne einen elfjährigen Zyklus durchläuft, ist noch immer nicht vollständig beantwortet. Etwas mehr weiß man aber inzwischen über ihr Magnetfeld – und damit über einen der wichtigsten Antriebskräfte für ihre Aktivität.

Chaotisches Knäuel

Bei der Erde ist alles noch ziemlich übersichtlich: Ihr Magnetfeld hat zwei Pole, die durch bogenförmig verlaufende Feldlinien miteinander verbunden sind. Zusammen bilden sie einen schützenden Käfig, der energiereiche kosmische Partikel weitestgehend fernhält. Anders bei der Sonne: Ihre Feldlinien verlaufen weder geordnet noch symmetrisch und stabil sind sie auch nicht. Stattdessen hält das brodelnde und strömende Plasma sie ständig in Bewegung. Eine Karte des solaren Magnetfelds gleicht daher eher einem unordentlichen Wollknäuel, statt nur zweier Pole hat die Sonne viele.

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Beobachtungen zeigen nun, dass sich im Laufe des solaren Zyklus die magnetische Struktur der Sonne komplett verändert: Zunächst wachsen die Spannungen im Feld, dies drückt sich durch zunehmende Aktivität aus. Dann schließlich kehrt sich ihr Magnetfeld komplett um – alle elf Jahre. So weit so übersichtlich. Aber warum bilden die Maxima in diesem Zyklus nun manchmal Doppelgipfel?

Südhalbkugel hinkt hinterher

Der Grund liegt in einer weiteren Kuriosität des solaren Zyklus: Unser Zentralstern durchläuft ihn nicht als einheitliches Ganzes, seine beide Hemisphären reagieren in dieser Beziehung nur halbwegs synchron. Zurzeit hinkt beispielsweise die Südhalbkugel der Sonne der Aktivität der Nordhalbkugel hinterher. Wenn er im Laufe dieses Jahres dann aufholt, könnte dies den zweiten Peak auslösen. Erreichen dagegen beide Hälften gleichzeitig den Höhepunkt ihres Zyklus, gibt es nur einen, aber dafür starken Peak.

Noch aber blicken die Astrophysiker gespannt auf die Daten der Sonnenobservatorien – denn sicher ist bei unserem unberechenbaren Stern kaum etwas. Denn selbst die elf Jahre des solaren Zyklus sind nur ein Näherungswert. Es gab schon Zyklen, bei denen zwei Maxima nach nur neun Jahren aufeinander folgten, in anderen ließen sie sich 14 Jahre Zeit.

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Was aber müssen wir bei einem Maximum erwarten? Die Bekanntschaft mit einem der bis heute stärksten Symptome solarer Aktivität machte ein Forscher vor fast 200 Jahren.

Der Super-Ausbruch – Das Carrington-Ereignis und die Entdeckung der Sonnenstürme

Wir schreiben den ersten September 1859. Im englischen Surrey steht der Astronom Richard Carrington wie üblich in seinem privaten Observatorium und richtet sein Teleskop auf die Sonne. Es ist ein wolkenloser Vormittag – also beste Bedingungen, um seine Studien der Sonnenflecken fortzusetzen. Um diese zu beobachten, projiziert der Forscher das Teleskopbild so auf einen Schirm, dass die Sonnenscheibe 28 Zentimeter groß erscheint – groß genug, um Sonnenflecken gut erkennen und abzeichnen zu können. An diesem Morgen ist die Ausbeute besonders groß: Eine enorme Gruppe dunkler Flecken verunziert die helle Sonnenscheibe.

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Plötzlich aber geschieht etwas Unerwartetes: Zwei gleißend helle Lichtpunkte erscheinen über den Sonnenflecken und werden immer intensiver. Dann verschmelzen sie zu einem einzigen nierenförmigen Licht. Carrington hat so etwas noch nie gesehen. „Hastig rannte ich raus, um jemanden zu rufen, der gemeinsam mit mir das Ereignis bezeugen konnte“, berichtet der Astronom später. „Als ich 60 Sekunden später wiederkehrte, stellte ich zu meiner Enttäuschung fest, dass das Licht bereits völlig verändert und stark abgeschwächt war.“ Was aber war das? Carrington findet darauf zunächst keine Antwort.

Polarlichter über den Bahamas

Am nächsten Morgen, kurz vor Sonnenaufgang, ist ein zweites Ereignis zu beobachten – diesmal aber nahezu weltweit: Überall am Himmel strahlen plötzlich leuchtende Polar-lichter auf. Die roten, grünen und purpurfarbenen Schleier und Wirbel sind so hell, dass man in ihrem Schein problemlos eine Zeitung lesen kann. Selbst in den Tropen, über Jamaika, den Bahamas und Hawaii, leuchtet das Polarlicht – obwohl es sonst nur im hohen Norden und Süden zu sehen ist.

Aber bei diesem Himmelsschauspiel bleibt es nicht: Telegrafen-Angestellte bekommen einen heftigen Schlag, wenn sie ihre Geräte anfassen. In einigen Büros entzündet sich durch die überspringenden Funken sogar das Papier, auf dem die Telegramme notiert werden. Die Angestellten schalten sofort den Strom ab, doch selbst dann bleiben die Leitungen geladen. Sie können sogar noch Botschaften versenden – obwohl das ganze System eigentlich stromlos und damit ausgeschaltet sein müsste. Das unerklärliche Phänomen sorgt weltweit für Angst und Aufregung.

Heute weiß man, dass Carringtons Beobachtung und die seltsamen Ereignisse am folgenden Morgen zusammenhängen und von einem bis heute ungewöhnlichen Ereignis herrühren. „Was der Astronom damals in seinem Teleskop sah, war ein gewaltiger Weißlicht-Flare – eine Magnetexplosion auf der Sonne“, erklärt David Hathaway, Solarphysiker am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville.

Gleichzeitig mit diesem extrem energiereichen Strahlungsblitz schleuderte die Sonne auch eine Wolke von geladenen Teilchen weit ins All hinaus. Die Energie dieses Sonnen-sturms war so groß, dass er das schützende Magnetfeld der Erde stark verformte, als er mit ihm kollidierte. Als Folge gelangten geladene Partikel bis weit in die obere Atmosphäre hinein und lösten dort Entladungen und Polarlichter aus.

Dass sich beim diesjährigen Maximum ein Ereignis dieses extremen Kalibers wiederholt, ist eher unwahrscheinlich. Sonnenstürme aber könnten im Laufe des Jahres 2013 durchaus häufiger werden.

Keine Chance gegen ein Carrington-Ereignis

Allerdings: Sollte ein Sonnensturm des Carrington-Kalibers unterwegs sein, gibt es nach Einschätzungen von Experten kaum etwas, was unsere Satelliten schützen könnte. Einer Studie nach wären in einem solchen Fall Kosten zwischen 30 und 70 Milliarden Dollar vorprogrammiert, denn die meisten Satelliten hätten dieser Energie kaum etwas ent-gegenzusetzen. Die elektrischen Entladungen würden ihre sensible Elektronik unrettbar durchbrennen lassen. Als Folge fiele ein Großteil der Telekommunikationssatelliten aus. Der etwas lakonische Lösungsvorschlag der Forscher dazu: Am besten halten die Betreiber jede Menge Ersatzsatelliten startbereit.

Immerhin einen Trost gibt es: Solare Ausbrüche wie im Jahr 1859 sind offenbar rar. Seither ist die Erde von zahllosen Flares und solaren Massenausbrüchen getroffen worden – doch keiner von ihnen war so heftig wie das Carrington-Ereignis. Das zeigen unter anderem Eisbohrkerne. Denn solche Ereignisse hinterlassen Spuren an ver-schiedenen Molekülen im Schnee, die dann in der jeweiligen Eisschicht konserviert bleiben.

„Das Carrington-Ereignis sticht dabei heraus als das größte der letzten 500 Jahre“, er-klärt NASA-Forscher David Hathaway. Heute schätze man, dass so etwas nur zwei Mal pro Jahrtausend vorkomme. Das aber heißt nicht, dass sich so etwas nicht heute wiederholen könnte, wie der Forscher betont.

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Weltraumwetter

Die alte aktive Sonnenregion, die uns ein paar M-Flares präsentiert hatte, ist nun auf der Westseite der Sonne und rotiert langsam auf die Rückseite, begrüßen dürfen wir eine neue aktive Region im Osten der Sonne, 1731 – beide werden von der amerikanischen Wetterbehörde NOAA mit Beta-Gamma magnetisch stark eingestuft.

Noch eine weitere große Sonnenregion macht im Westen ihre Aufwartung, 1711.

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Die sichtbaren schwachen C-Flares wurden alle von Region 1726 produziert.

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Der Sonnenwind liegt bei erhöhten 600km/s und fällt wieder leicht.

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Der Einschlag vom Sonnenwind (ab 16 Uhr UTC) am 25. April kommt überraschend und unerwartet, denn ein koronales Loch (dunkle Stellen auf der Sonne, wie bei Titelbild, rechts unten/Süd-Westen) hatte bereits am 24. April den Sonnenwind auf 450km/s ansteigen lassen (ab 16 Uhr UTC).

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Der Teilchenstrom zeigt die Intensität der Energie – noch am 27. April sichtbar.

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Das Erdmagnetfeld reagierte mit einem moderaten dreistündigen Sturm zwischen 3 und 6 Uhr UTC der Stärke Kp=5 auf dem Index.

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Prompt bebte um 6:53 Uhr UTC die Erde im Südpazifik, mit einem schweren 6.2 in 350 Kilometern Tiefe auf den Karmadecinseln, südöstlich von Neuseeland.

Der Blick auf den Donnerstag, Freitag und Samstag:

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Quellen: PRAVDA-TV/NASA/NOAA/EMSC/scinexx.de vom 27.04.2013

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