Wir sind mit diesem Sonnensturm davongekommen. Hier ist, was Sie für den nächsten kennen sollten

(SeaPRwire) –   Es war eine Saison der Himmelsspektakel. Am 24. und 25. März zogen sich die Lichter über die Amerikas, Europa und Nord- und Ostasien. Am 8. April gab es eine beeindruckende Lichterscheinung in Nordamerika. Im März und April traten auch die sogenannten auf. Und am letzten Wochenende wurden die Bewohner der Erde mit einer spektakulären Lichtshow behandelt, als eine geomagnetische Explosion auf der Sonne, bekannt als , eine farbenprächtige Darbietung des Nordlichts hervorrief, ein Phänomen, das normalerweise auf die polare Region im Norden beschränkt ist, diesmal aber sogar so weit südlich wie in Alabama in den USA und auf ähnlichen Breitengraden auf der ganzen Welt sichtbar war.

Sonneneruptionen lösen nicht nur Spektakel aus, sondern auch potenziell tödliches Unwesen. Wenn die Energie von der Sonne auf die Erde trifft, kann sie Satelliten stören, GPS-Systeme durcheinanderbringen, Kraftwerke außer Betrieb setzen und Telekommunikation lahmlegen. Wie Hurrikane werden solare Stürme vom Nationalen Ozean- und Atmosphären-Administration (NOAA) nach Stärke eingestuft, von gering bis mäßig bis stark bis schwer bis extrem.

Am 12. Mai gab die NOAA für das sich entfaltende Ereignis eine Warnung heraus, auch wenn selbst in seiner Höchstphase vom 10. bis 12. Mai keine Strom- oder Satellitenstörungen gemeldet wurden. Aber wenn die Erde diesmal einer Katastrophe entgangen ist, droht in den nächsten etwa eineinhalb Jahren eine potenziell raue Zeit, da die Sonne einen ihrer Aktivitätszyklen durchläuft.

Also was passiert da draußen, wie groß ist die Gefahr für uns hier auf der Erde, und wie können wir uns vorbereiten?

Was verursacht solare Stürme?

Genauso wie die Erde ihre Jahreszeiten hat, hat auch die Sonne solche, allerdings spielen sie sich nicht im Zeitraum von Monaten ab, sondern in 11-jährigen Zyklen, die Zeiten hoher Aktivität, die sogenannte Sonnenmaximum, und niedriger Aktivität, das Sonnenminimum, hervorbringen. Die Zyklen resultieren daraus, dass die Sonne keine feste Masse ist, was bedeutet, dass ihre verschiedenen Oberflächenbereiche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren – . Dies führt dazu, dass sich das magnetische Feld der Sonne , langsam Energie aufbaut, bis es sich entlädt. Wenn das passiert, , freisetzend die Energie, die das Sonnenmaximum erzeugt. Ist diese Energie aufgebraucht, kehrt die Sonne zu einem weniger turbulenten Sonnenminimum zurück.

Ein eindeutiges Zeichen hoher Sonnenaktivität sind Sonnenflecken, kleine Bereiche verdrehter Magnetfelder auf der Sonne. . Der aktuelle Ausbruch war mit einem Sonnenfleck verbunden, der 16 Mal so groß war wie die Erde, und gab Milliarden Tonnen Plasma frei – .

Nicht jedes Sonnenmaximum oder Sonnenminimum ist jedoch gleich. “Der Hauptzyklus der Sonne ist der 11-jährige, aber Menschen haben längerfristige Trends in der Sonnenfleckenaktivität bemerkt”, sagt Michael Liemohn, Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften und -technik an der University of Michigan. “Es scheint einen Jahrhundert-Zyklus zu geben, bei dem die Anzahl der Sonnenflecken am Sonnenmaximum für einen oder zwei Zyklen kleiner ist und dann auf ein normaleres Niveau zurückkehrt.”

Das letzte Sonnenmaximum vor etwa zehn Jahren war am unteren Ende der Energieskala. Das vor 20 Jahren war höher. “Wir erwarten, dass das derzeitige Sonnenmaximum größer sein wird als das vorherige und mehr dem Sonnenaktivitätsgipfel vor 20 Jahren ähnelt”, sagt Liemohn.

Wie gefährden koronale Massenauswürfe die Erde?

Die beste Möglichkeit, die Auswirkungen solare Stürme auf unseren Planeten zu verstehen, besteht darin, sich die Atmosphäre wie das Gas in einer Leuchtstofflampe vorzustellen. In der Lampe beschleunigen Elektroden an beiden Enden Elektronen, die mit dem Gas wechselwirken und ihm Energie verleihen, sodass es Licht abgibt. Hoch in der Atmosphäre – 50 bis 200 Meilen hoch – findet ein ähnlicher Prozess statt, der das Polarlicht erzeugt. Näher an der Erdoberfläche ist die Wirkung weniger harmlos.

“Wie in der Lampe gibt es einen elektrischen Strom, der mit den schnellen Elektronen verbunden ist, und diese Raumströme können andere elektrische Ströme in … leitfähigen Schleifen hier am Boden induzieren”, sagt Liemohn. “Diese Schleifen müssen sehr lang sein, viele Meilen, aber Hochspannungsleitungen sind anfällig für diesen Effekt.”

Schäden an Satelliten sind direkter und geschehen auf verschiedene Weisen. Wenn koronale Massenauswürfe die äußere Atmosphäre erhitzen, dehnt sie sich aus. Dies erhöht den Luftwiderstand auf Satelliten und kann ihre Umlaufbahnen beeinträchtigen. Die geladenen Teilchen, die während eines solaren Sturms von der Sonne strömen, können auch in einen Satelliten eindringen oder seine Oberfläche elektrifizieren und seine Komponenten beschädigen. Das Problem ist besonders akut bei Satelliten in hohen Umlaufbahnen – welche die Höhe ist, in der sich die meisten Kommunikationssatelliten befinden.

Bemannte Raumfahrzeuge wie die Internationale Raumstation kreisen viel tiefer – . Das – schützt uns vor solaren und kosmischen Strahlen am Boden. Dennoch erhalten Astronauten während eines solaren Sturms in der Regel eine höhere Strahlendosis als irdische Menschen und Tiere. Die Station oder das Raumschiff selbst bieten zusätzlichen Schutz – aber ein ungeschützter Astronaut an der Oberfläche des Mondes oder Mars wäre während eines solaren Sturms in ernster Gefahr. Laut Space.com könnte eine “Schockwelle” einer koronalen Massenauswurf einen Astronauten der Äquivalent von 300.000 gleichzeitigen Bruströntgenaufnahmen aussetzen, viel mehr als die 45.000, die tödlich wären.

Vorbereitung auf den nächsten

Typischerweise braucht ein solare Sturm einen Tag oder mehr, um die Erde zu erreichen und zu passieren. Der jüngste dauerte mehrere Tage, erklärt Liemohn, weil die Sonne mehrere Stürme in schneller Folge freisetzte. “Die Erde befindet sich jetzt in der Erholungsphase des Sturms, die noch einige Tage andauern wird”, sagte er am 12. Mai. “Aber jetzt wird das Polarlicht wieder auf seinen üblichen Standort in höheren Breitengraden beschränkt sein, über Alaska und Kanada.”

Größere Stürme sind während dieses starken Sonnenmaximums wahrscheinlicher als nicht. Das solare Wetter könnte bis Mitte 2025 abklingen, . Also wie können wir uns vorbereiten?

Im Jahr 2019 versuchte der Kongress, Amerikas Abwehr gegen Weltraumwetterereignisse zu verstärken, als er den , zur Förderung der Forschung und Beobachtung von Weltraumwetter zur Verbesserung der Vorhersage für morgen, verabschiedete. Unter dem Gesetz beauftragte Washington die NOAA, die NASA, das , die Industrie, Hochschulen und mehr, Möglichkeiten zu erforschen, wie man sich auf nachteilige Weltraumwetterereignisse vorbereiten kann, und die entsprechende Finanzierung dafür zu priorisieren.

“Grundsätzlich”, sagt Daniel Welling, Associate Professor für Klima- und Weltraumwissenschaften an der University of Michigan, “soll das Gesetz diese Stellen anweisen, der Nation zu beraten, wie man vorgehen soll, um Weltraumwettervorhersagen zu verstehen und Benchmarks festzulegen.”

Derzeit ist das allerdings nicht einfach. Zum einen ist Weltraumwetter für Forscher immer noch etwas undurchsichtig. Zum anderen ist es selbst bei zuverlässigen Vorhersagen wie beim irdischen Wetter schwierig, für das sich über das ganze Land erstreckende und regionalisierte US-Stromnetz Protokolle zum Schutz aller Bereiche einzuführen.

Ein Beispiel dafür, wie ein solches Kommando- und Kontrollsystem aussehen könnte, gibt es jedoch in Neuseeland.

Vor etwas über einem Jahr arbeitete Welling mit einem Team von , dem Betreiber des nationalen Stromnetzes des Landes, zusammen

um ein extremes Szenario für einen solaren Sturm zu modellieren und dann die Netzkonfiguration zu ändern, bis sie stabil war. Das wurde zu einer PDF-Prozedur zusammengefasst, die auf den Schreibtischen der Transpower-Betreiber liegt. “Sie aktivierten sie dieses Wochenende”, sagt Welling, “was wirklich toll ist.”

Aber ein Land mit 5,1 Millionen Einwohnern auf einer Fläche von 103.500 Quadratkilometern ist etwas anderes als ein Land wie die USA mit 333 Millionen Einwohnern und 3,8 Millionen Quadratkilometern Fläche. Und wenn ein netzzerstörender Sturm einschlüge, würden mit großer Wahrscheinlichkeit unsere Stromsysteme zusammenbrechen. Das liegt nicht an fehlender Technik oder Protokollen in der Entwicklung, allerdings. Kraftwerkstransformatoren arbeiten mit Wechselstrom, könnten aber während solaren Stürmen Spannungsspitzen mit Gleichstrom erhalten.

“Diese Transformatoren sind nicht dafür ausgelegt, das zu verkraften, so dass sie sich schnell erhitzen können”, sagt Welling.

Ein Gerät namens geomagnetisch induzierter Stromblocker könnte an den Transformatoren installiert werden, um sie vor zerstörerischen Leistungspulsen zu schützen. Das Problem ist, dass die GIC-Blocker sich noch in der Entwicklung befinden, und wenn sie installiert werden, können sie einen Whac-A-Mole-Effekt haben, wie Welling sagt. “Sie schalten den Strom hier ab, und er verdoppelt sich dort”, sagt er.

Das lässt Transformatoren verwundbar – und verwundbar