Längste Beobachtung einer aktiven Sonnenregion

Unsere Sonne dreht sich in etwa 28 Tagen einmal um ihre Achse. Von der Erde aus lassen sich deshalb aktive Regionen auf der Sonne nur bis zu zwei Wochen lang verfolgen. Dann rotieren sie aus unserem Blickfeld und bleiben zwei Wochen verborgen. 

?Gl¨¹cklicherweise hat die Solar-Orbiter-Mission der Europ?ischen Weltraumorganisation ESA seit 2020 unsere Perspektive erweitert?, sagt Ioannis Kontogiannis, Sonnenphysiker an der ETH Z¨¹rich und am externe Seite Istituto ricerche solari Aldo e Cele Dacc¨° (IRSOL) in Locarno.

Die Solar-Orbiter-Raumsonde fliegt in rund sechs Monaten einmal um die Sonne und beobachtet dabei auch deren R¨¹ckseite. So konnte sie zwischen April und Juli 2024 eine der aktivsten Regionen der letzten zwanzig Jahre verfolgen.  

Im Mai 2024 befand sich die Sonnenregion NOAA 13664 auf der uns zugewandten Seite und l?ste daraufhin auf der Erde die st?rksten geomagnetischen St¨¹rme seit 2003 aus. ?Diese Region verursachte die spektakul?ren Polarlichter, die sogar in der Schweiz zu sehen waren?, sagt Louise Harra, Professorin an der ETH Z¨¹rich und Direktorin des Physikalisch-Meteorologischen Observatoriums Davos (PMOD/WRC). 

Daten von zwei Raumsonden kombiniert 

Um die Entstehung und Entwicklung sowie die Auswirkungen solcher superaktiven Regionen auf der Sonne besser zu verstehen, bildeten Harra und Kontogiannis mit weiteren Forschenden ein internationales Team. Dieses kombinierte die Daten, die der Solar Orbiter von NOAA 13664 auf der Sonnenr¨¹ckseite gesammelt hatte, mit denjenigen der Nasa-Raumsonde Solar Dynamics Observatory, die sich auf der Linie Erde-Sonne befindet und deren Vorderseite beobachtet.  

So konnte die Gruppe die Region NOAA 13664 94 Tage lang fast l¨¹ckenlos verfolgen. ?Das ist die l?ngste kontinuierliche Bilderserie, die jemals f¨¹r eine einzelne aktive Region erstellt wurde ¨C ein Meilenstein in der Sonnenphysik?, sagt Kontogiannis. Das Team beobachtete, wie NOAA 13664 am 16. April 2024 auf der R¨¹ckseite der Sonne entstand, alle ihre Ver?nderungen und ihren Zerfall am 18. Juli 2024.  

Komplexe Magnetfelder verursachen Sonnenst¨¹rme

In den aktiven Regionen auf der Sonne herrschen jeweils starke und komplexe Magnetfelder. Sie entstehen, wenn stark magnetisiertes Plasma an die Sonnenoberfl?che tritt, und verursachen h?ufig gewaltige Eruptionen. Diese Sonnenst¨¹rme senden enorme Mengen elektromagnetischer Strahlung aus, sogenannte Flares ¨C und schleudern Plasma aus der Sonnenatmosph?re sowie hochenergetische Teilchen in den Weltraum.  

Neben Polarlichtern k?nnen Sonnenst¨¹rme in unserer hochtechnologisierten Welt auch grosse Sch?den verursachen. Sie k?nnen auf der Erde Stromausf?lle bewirken, Kommunikationssignale st?ren, Flugzeug-Crews mit erh?hter Strahlung belasten oder Satelliten zum Absturz bringen. So geschehen im Februar 2022, als 38 von 49 Starlink-Satelliten des US-Raumfahrtunternehmens SpaceX innerhalb von zwei Tagen nach ihrem Start verloren gingen.  

Unheimliche Auswirkungen

?Sogar die Signale auf Bahnlinien k?nnen betroffen sein und von rot auf gr¨¹n schalten oder umgekehrt?, sagt Harra: ?Das ist unheimlich.? Auch NOAA 13664 hatte im Mai 2024 negative Auswirkungen. ?Besonders betroffen war die moderne digitale Landwirtschaft?, erz?hlt die Wissenschaftlerin: ?Die Signale von Satelliten, Drohnen und Sensoren wurden gest?rt; die Bauern verloren dadurch Arbeitstage, und es kam zu Ernteausf?llen mit erheblichen wirtschaftlichen Einbussen.? 

?Dies erinnert uns daran, dass die Sonne der einzige Stern ist, der unsere Aktivit?ten beeinflusst?, erg?nzt Kontogiannis: ?Wir leben mit diesem Stern und deshalb ist es sehr wichtig, ihn zu beobachten und zu versuchen zu verstehen, wie er funktioniert und wie er sich auf unsere Umwelt auswirkt.?  

Dank der Daten der Raumsonden konnten die Forschenden erstmals ¨¹ber drei Sonnenrotationen verfolgen, wie sich das Magnetfeld einer superaktiven Region in mehreren Episoden entwickelte und immer komplexer wurde. Schliesslich bildete sich eine verflochtene Magnetstruktur, bevor es am 20. Mai 2024 auf der Sonnenr¨¹ckseite zum st?rksten Flare der vergangenen zwanzig Jahren kam.  

Das Weltraumwetter vorhersagen

Diese Beobachtungen sollen dazu beitragen, Sonnenst¨¹rme und deren m?gliche Auswirkungen auf die Erde besser zu verstehen. Ziel ist eine genauere Prognose des Weltraumwetters, sodass die heikle moderne Technologie besser gesch¨¹tzt werden kann. ?Wenn wir auf der Sonne eine Region mit einem extrem komplexen Magnetfeld sehen, k?nnen wir annehmen, dass dort eine grosse Menge Energie vorhanden ist, die in solchen Sonnenst¨¹rmen freigesetzt werden muss?, erkl?rt Harra.

Die Forschenden k?nnen momentan jedoch nicht vorhersagen, wie gross Eruptionen sein werden, ob es eine starke oder mehrere schw?chere geben wird und zu welchem Zeitpunkt. ?So weit sind wir noch nicht. Aber wir entwickeln zurzeit bei der ESA eine neue Raumsonde namens Vigil, die ausschliesslich dem besseren Verst?ndnis des Weltraumwetters gewidmet sein wird?, sagt die Wissenschaftlerin. Der Start dieser Mission ist f¨¹r 2031 geplant.