Wir alle wissen, dass schwere Stürme verheerende Schäden anrichten, Städte überfluten und die Infrastruktur zerstören können. Doch es gibt eine noch größere Sorge als Wind und Regen: das Weltraumwetter. Wenn ein massiver Sturm
Solar- Wenn uns ein Sturm treffen würde, würde unsere Technologie ausgelöscht. Auf dem gesamten Planeten könnte es dunkel werden.„Heute sind wir viel stärker auf Technologien angewiesen, die anfällig für das Weltraumwetter sind, als früher“, sagt Thomas Berger, Direktor des
Weltraumwetter-Vorhersagezentrumvon der National Oceanic and Atmospheric Administration sagte Gizmodo. „Wenn wir heute von einem extremen Ereignis getroffen würden, wäre es sehr schwierig zu reagieren.“„Sonnensturm“ ist ein allgemeiner Begriff, der eine Menge Zeug beschreibt, das die Sonne auf uns schleudert, darunter Röntgenstrahlen, geladene Teilchen und magnetisiertes Plasma. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts hat es auf der Erde keinen massiven Sonnensturm mehr gegeben, doch Weltraumwetterforscher sind sehr besorgt über die Möglichkeit eines weiteren.
Sonneneruptionen
Ein Sonnensturm beginnt normalerweise mit einer Sonneneruption – einer gewaltigen Explosion auf der Sonnenoberfläche, die Energie und Teilchen in den Weltraum schleudert. Kleine Eruptionen der Klasse C treten ständig auf und sind zu schwach, um die Erde zu beeinflussen, während mittelgroße Eruptionen der Klasse M geringfügige Funkstörungen verursachen können. Eruptionen der Klasse X sind die größten Explosionen im Sonnensystem und setzen bis zu
Milliarden WasserstoffbombenEnergiewert. Diese Ausbrüche kommen sehr selten, aber wenn sie kommen, bieten sie einen epischen Anblick.Einer der stärksten mit modernen Instrumenten gemessenen Eruptionen ereignete sich während eines Sonnenmaximums im Jahr 2003. Er war so groß, dass unsere Satellitensensoren an ihre Grenzen stießen und einen X-28-Eruptionstyp registrierten (28 Typen größer als ein X-1-Eruptionstyp, der wiederum 10-mal größer ist als ein M1-Eruptionstyp). So sah dieses Ereignis aus:
Die Raumsonde Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) hat diesen spektakulären Sonnenausbruch im Jahr 2003 aufgenommen. Bildnachweis: ESA/NASA-SOHO
„Sonnenstürme haben ihren Ursprung in magnetischen Strukturen, die aus der Oberfläche der Sonne hervorbrechen“, erklärte der Weltraumwetterforscher Joe Gurman gegenüber Gizmodo vom Goddard Spaceflight Center der NASA. „Wir nennen sie aktive Regionen oder Sonnenflecken. Wenn sie groß und hässlich sind, ist das ein Hinweis darauf, dass sich das Magnetfeld schnell verändert. Und wenn sich das Magnetfeld schnell verändert, scheint das die Ursache für die Sonnenaktivität zu sein – oder mit der Ursache zusammenzuhängen.“
Eine mittelgroße bis große Sonneneruption würde Wellen energiereicher Strahlung – Röntgenstrahlen und ultraviolettes Licht – auf die Erde zusenden. Diese Strahlungsarten sind stark genug, um Elektronen aus Atomen zu reißen. Genau das tun sie, wenn sie auf den oberen Teil unserer Atmosphäre treffen, die sogenannte Ionosphäre. Im Grunde wird der Himmel von einem riesigen elektromagnetischen Impuls getroffen. Doch Berger zufolge haben selbst die größten Eruption keine großen Auswirkungen auf den Menschen.
„Es handelt sich um einen gewaltigen elektromagnetischen Impuls, der die Ionosphäre aufwühlt und zu ihrer Ausdehnung führt“, sagte Berger. „Aber die Sonneneruption richtet an der Technologie keinen wirklichen Schaden an.“
Die einzige Ausnahme ist das Radio. Radiosignale zwischen der Erde und umlaufenden Satelliten können blockiert werden, wenn die Atmosphäre zu stark aufgeladen ist.
„Der Funkverkehr ist manchmal beeinträchtigt“, bemerkte Berger. „Über dem Horizont wird der Funkverkehr schwierig. Wenn Flugzeuge über die Pole fliegen, können sie nur über Hochfrequenz-Radiowellen, die über die Kontinente hinweghallen, mit den Kontrollzentren kommunizieren. Aber das ist nur eine vorübergehende Schwierigkeit, die höchstens zehn Minuten bis Stunden andauert.“
Eine X-Klasse-Flare, aufgenommen von der NASA am 6. März 2012. Bildnachweis:
Wir verfügen über keine besonders gute Möglichkeit, Sonneneruptionen vorherzusagen, und sie treffen die Erde zu schnell, als dass die NOAA die Fluggesellschaften im Voraus benachrichtigen könnte (das Sonnenlicht benötigt etwa acht Minuten, um uns zu erreichen).
„Das Einzige, was wir tun können, ist, eine Warnung herauszugeben, wenn wir ein solches Ereignis sehen“, sagte Berger. „Fluggesellschaften sind sehr an den Auswirkungen von Flares auf die Hochfrequenzkommunikation interessiert, und wenn es zu einem wirklich großen Ereignis kommt, ziehen sie eine Einstellung des Flugbetriebs in Erwägung.“
Wenn Sie kein Fluglinienbetreiber sind, können Sie das hier so ziemlich auslassen. Aber vergessen Sie nicht, sich die fantastischen Bilder bei der NASA anzusehen. Solardynamisches Observatorium ab und zu.
Geladene Teilchen
Minuten bis Stunden, nachdem eine Sonneneruption den Himmel erleuchtet hat, erreicht ein Strom geladener Teilchen – Elektronen und Protonen – die Erde. Sie bombardieren die Magnetosphäre, eine Schutzhülle um die Erde, die durch unser Magnetfeld erzeugt wird. „Wir sehen, dass der Strahlungspegel manchmal ansteigt, was darauf hinweisen kann, dass Teilchen auf die Erdumlaufbahn einwirken“, sagte Berger.
Geladene Teilchen, die in die Erdatmosphäre fallen, tragen zum Nordlicht bei. Bildnachweis: Adam Woodworth
Gelegentlich trifft ein großer Impuls geladener Teilchen Satelliten in der Umlaufbahn und beschädigt deren Elektronik. Teilchenstrahlung stellt zudem ein großes Gesundheitsrisiko für Menschen im Weltraum dar.
„Wir müssen uns über energiereiche Teilchen auf der ISS Sorgen machen“, sagte Gurman. „Wenn wir jemals an den Punkt gelangen, an dem wir eine Art Weltraumrennen starten, werden sie zu einem noch viel größeren Problem.“
Doch im Großen und Ganzen werden die Auswirkungen der solaren Teilchenstrahlung durch die Magnetosphäre und die Atmosphäre abgemildert. Sie und ich hier auf der Erde müssen uns daher Sorgen darüber machen, was als Nächstes passiert.
Koronale Massenauswürfe
Wenn die Sonne aufflammt, schießt sie manchmal eine riesige Wolke aus magnetisiertem Plasma in den Weltraum. Dies wird als koronaler Massenauswurf (CME) bezeichnet. CMEs sind die langsamste Form von Sonnenwetter und benötigen zwischen 12 Stunden und mehreren Tagen, um die Erde zu erreichen. Sie sind auch bei weitem die gefährlichsten.Da sich CMEs langsam bewegen, haben unsere Weltraumwetter-Prognostiker glücklicherweise etwas mehr Zeit, sie vorherzusehen. Sie untersuchen Bilder der Sonne, die aus demSOHOundSTEREO
Satelliten. Wenn unsere Observatorien etwas Großes sehen, reagiert NOAA.
Berger skizzierte, was als Nächstes passiert: „Eine Warnung wird herausgegeben, wenn wir beobachten, dass auf der Sonne, die auf die Erde zusteuert, etwas passiert. Normalerweise geben wir eine Warnung heraus, wenn es einen großen koronarer Massenauswurf gibt, also etwas Bedeutendes, von dem wir glauben, dass es die Erde treffen könnte.“Ein koronarer Massenauswurf schießt praktisch direkt aus der Sonne heraus, und es besteht immer eine gute Chance, dass die Erde nicht in seinem Weg landet. Wenn ein koronarer Massenauswurf Istes kommt direkt auf uns zu, wird es zuerst die NASA treffenACE-Satellit, befindet sich amL1 Lagrange punkt
ungefähr eine Million Kilometer vor der Erde. Wenn das passiert, haben wir zwischen 30 Minuten und einer Stunde Zeit, bevor eine Plasmawolke von oben herabregnet, mit der Magnetosphäre unseres Planeten interagiert und einen geomagnetischen Sturm auslöst.
Künstlerische Darstellung des Sonnenwindes, der mit der Magnetosphäre der Erde kollidiert. Bildnachweis:
NASA / Wikimedia„Dadurch werden in der oberen Erdatmosphäre enorme elektrische Ströme erzeugt“, sagte Berger. „Je nachdem, wie leitfähig der Boden ist, können große Ströme entstehen, die von Kraftwerken aufgenommen und ins Stromnetz eingespeist werden.“ Und das sind schlechte Nachrichten, denn „unser Stromnetz ist nicht für enorme Strommengen ausgelegt, die aus dem Boden kommen.“Die Stärke geomagnetischer Stürme wird in der „Störungssturmzeit“ oder Dst gemessen, die im Wesentlichen beschreibt, wie stark ein CME das Magnetfeld der Erde erschüttert. Gewöhnliche Stürme, die das Nordlicht aufflammen lassen, uns aber ansonsten nicht beeinträchtigen, liegen irgendwo in der Nähe von Dst = -50 nT (Nanotesla). Der schlimmste geomagnetische Sturm des Weltraumzeitalters, der 2012 in ganz Quebec den Strom ausfallen ließ, war ein schwerer Sturm.
März 1989
, registrierte eine Dst = -600 nT.
Doch selbst dieser Sturm von 1989 wirkt im Vergleich zum Carrington-Ereignis, einem geomagnetischen Sturm, der die Erde vor 156 Jahren verwüstete, unbedeutend. Damals waren die Schäden nicht allzu schlimm. Doch ein Sturm in der Größenordnung von Carrington könnte heute eine Katastrophe bedeuten.
Monsterstürme
Moderne Schätzungen für die Stärke dieses Sturms reichen von Dst=-800nT bis -1750nT. Beim nächsten Sturm der Größenordnung von Carrington dürfte es hier richtig dunkel werden. Bildnachweis: NASA Earth ObservatoryDie menschliche Gesellschaft ist heute weitaus stärker auf Elektrizität angewiesen als noch vor 156 Jahren. Berger wies darauf hin, dass wir heute über Pipelines, Stromübertragungsnetze und viel mehr erdgebundene Stromleitungstechnologien verfügen. Was würde also passieren, wenn uns heute ein Ereignis in der Größenordnung von Carrington treffen würde? Laut einer Studie wäre praktisch jeder Aspekt der modernen Welt davon betroffen.
Bericht
Die durch große geomagnetische Stürme verursachten Erdströme können die Kupferwicklungen von Transformatoren, die das Herzstück von Stromverteilungssystemen bilden, zum Schmelzen bringen. Geschieht dies, kann es zu massiven Stromausfällen kommen. Und da unser Stromnetz im Laufe der Zeit immer stärker vernetzt ist, könnten sich die Auswirkungen eines solchen Ausfalls heute weitreichend auswirken.
Eine Karte, die die gefährdete Transformatorkapazität nach Bundesstaat bei einer Störung des Geomagnetfelds von 4800 nT/min zeigt. In Regionen mit einem hohen Anteil gefährdeter Kapazität kann es zu lang anhaltenden Ausfällen kommen, die sich über mehrere Jahre hinziehen. Bildnachweis: J. Keppenman, Metatech Corp.
Man kann kaum übertreiben, wie sehr dies unser Leben auf den Kopf stellen würde. Natürlich würde das Licht ausfallen, ebenso wie das Internet und jedes Gerät, das Strom aus der Steckdose zieht. An Orten mit elektronisch gesteuerter kommunaler Wasserversorgung – wie in den meisten modernen Städten – würden Toiletten und Abwasseraufbereitungssysteme nicht mehr funktionieren. Heizung und Klimaanlage würden ausfallen. Verderbliche Lebensmittel und Medikamente würden verloren gehen. Geldautomaten wären nutzlos. Zapfsäulen würden offline gehen. Und so weiter.
Auch die GPS-Technologie würde außer Gefecht gesetzt. Grunman sagte: „Das GPS-System hängt von der äußerst präzisen zeitlichen Abstimmung einer Signalkette zwischen zwei Punkten ab, beispielsweise einem Raumschiff und Ihrem Telefon. Wenn Sie eine Menge energiereicher Partikel in die Atmosphäre entlassen, wirkt sich dies auf Ihr GPS aus. Das ist ernüchternd, wenn man bedenkt, dass alte Flugzeuglandetechnologie durch GPS ersetzt wird.“
Einige dieser Auswirkungen könnten Jahre andauern und wären weltweit zu spüren. „Das gesamte Magnetfeld der Erde verändert sich, also spürt die gesamte Erde es“, sagte Berger.Bildnachweis: ShutterstockDie sozialen Folgen, die es hätte, wenn Milliarden stromhungriger Menschen plötzlich vom Stromnetz getrennt würden, sind kaum vorstellbar. Aber ich denke, wir sind uns alle einig, dass das nicht schön wäre. Was wir allerdings mit Sicherheit wissen, ist, dass die wirtschaftlichen Folgen enorm wären. Der Bericht der National Academies schätzt, dass die Gesamtkosten eines Ereignisses in der Größenordnung von Carrington heute 2 Billionen Dollar übersteigen könnten – 20-mal mehr als die Kosten des Hurrikans Katrina.
Es ist wichtig, sich bewusst zu machen, dass wir hier nicht von einer unglaublich weit hergeholten Apokalypse-Situation im Armageddon-Stil sprechen. Tatsächlich raste im Juli 2012 ein massiver koronarer Massenauswurf durch die Erdumlaufbahn und verfehlte uns nur knapp. Dieses Ereignis, das von der NASA-Sonde registriert wurde, STEREO-A-Satellit, hätte eine Dst von -1200 nT registriert – vergleichbar mit dem Carrington-Ereignis.
„Wenn es eingeschlagen hätte, würden wir immer noch die Scherben aufsammeln“, sagt der Weltraumwetterforscher Daniel Baker von der University of Colorado.
sagte der NASA
im Jahr 2014. „Wie viele andere [Stürme] dieses Ausmaßes haben zufällig die Erde und unsere Weltraum-Erkennungssysteme verfehlt? Dies ist eine drängende Frage, die Antworten muss.“
Sind wir tot im Wasser?
Hoffentlich können wir einige intelligente Abhilfemaßnahmen ergreifen, bevor uns die Techno-Apokalypse heimsucht. Bildnachweis: ShutterstockDank einer wachsenden Zahl von Weltraumwetterobservatorien können wir koronare Massenauswürfe heute viel besser vorhersagen als noch vor 20 Jahren. Dennoch sind sich die meisten Weltraumwetterforscher einig, dass wir ziemlich aufgeschmissen wären, wenn es heute zu einem massiven Sonnensturm käme. Aber wir versuchen, das zu ändern.Das Büro für Wissenschafts- und Technologiepolitik des Weißen Hauses hat eine Taskforce zusammengestellt, die Möglichkeiten zur Reaktion auf extreme Ereignisse untersuchen soll. Berger sagte, dass im Oktober eine nationale Strategie für das Weltraumwetter vorgelegt werden soll. In der Strategie wird dargelegt, was die USA tun müssen, um „besser vorbereitet“ zu sein.
Berger konnte sich nicht zu den Einzelheiten der politischen Strategie äußern, daher müssen wir im Herbst noch einmal nachschauen. Er deutete jedoch an, dass die Empfehlungen für Stromversorger sehr umfangreich sein würden. (Derzeit reagieren Stromunternehmen auf Warnungen vor großen Sonnenstürmen, indem sie die Stromverteilung um Transformatoren herum umleiten.)Was kann ein weltraumwetterbewusster Erdenbewohner in der Zwischenzeit tun? Die meisten der üblichen Ratschläge zur Katastrophenvorsorge gelten. Bauen Sie einNotfallversorgungsset.
Haben Sie einen Plan, wie Sie mit Ihren Lieben Kontakt aufnehmen können, falls das Telefon ausfällt. Halten Sie den Tank Ihres Autos mindestens zur Hälfte mit Benzin gefüllt. Halten Sie zusätzliche Batterien bereit oder kaufen Sie ein Solar- oder Handkurbel-Ladegerät. Erstellen Sie eine Datensicherung. Stellen Sie sicher, dass Sie genügend Ersatzbrechstangen haben – Moment, nein, das ist die Zombie-Apokalypse.Und natürlich können Sie sich über die neuesten Sonnensturmwarnungen auf dem Laufenden halten unter: NOAAs Weltraumwettervorhersagezentrum. Quellen: NOAA-Zentrum für Weltraumwettervorhersage, NASA Solar Dynamics Observatory, “Sonneneruptionen: Was braucht man, um zur X-Klasse zu gehören?”, „Beobachtungen eines extremen Sturms im interplanetaren Raum verursacht durch aufeinanderfolgende koronale Massenauswürfe“
