Folgen auf den riesigen Sonnenfleck bald Polarlichter?

Von Markus Brauer

Auf der Oberfläche unseres Heimatsterns geschieht Wunderbares: Auf der westlichen Seite der Sonne ist ein gigantischer Sonnenfleck (englisch: sunspot) aufgetaucht.

Die aktive Region ist 15 mal so groß wie die Erde. Wissenschaftler bezeichnen ihn als aktive Region AR 4294–96, die größte in den letzten zehn Jahren. Satelliten haben am 1. Dezember zudem eine starke Sonneneruption der Klasse X1,9 registriert, die größte Art von Sonneneruption.

Wer sich Sonnenflecken anschauen möchte, sollte das nur mit entsprechender Schutzausrüstung wie zertifizierten Brillen oder Teleskopen mit Schutzfiltern tun. Sonst könnten schwere Schäden der Augen entstehen.

Plasma kann Erdmagnetfeld treffen

Tatsächlich ist die Zahl der dunklen Sonnenflecken in jüngster Zeit so hoch wie seit langem nicht mehr. Die Anzahl dieser Flecken auf der sichtbaren Sonnenoberfläche (Photosphäre) ist von der Sonnenaktivität abhängig, die sich innerhalb eines elfjährigen Zyklus ändert.

Da die Sonnenflecken momentan in Richtung unseres blauen Planeten zeigen, könnte das von der Sonne ins Weltall katapultierte Plasma das Erdmagnetfeld treffen und für wunderschöne Polarlichter sorgen. Die Space Weather Prediction Center (SWPC) der US-Atmosphärenbehörde NOAA schreibt: „In Verbindung mit der Aktivität in diesen Regionen kam es zu koronalen Massenauswürfen (CME), die jedoch bislang alle von der Erde weg gerichtet waren.“

Sonneneruptionen entstehen, wenn die magnetische Energie in Sonnenflecken plötzlich freigesetzt wird. Besonders große Sonnenflecken wie AR 4294–96 können mehrere Eruptionen innerhalb weniger Wochen auslösen. Solche Ausbrüche zeigen oft auch an, dass CMEs folgen – riesige Wolken geladener Teilchen, die ins All geschleudert werden.

Kühlere Stellen auf der Sonnenoberfläche

Sonnenflecken sind Stellen, die kühler sind und daher weniger sichtbares Licht abstrahlen als der Rest der Oberfläche des Gestirns. Ihre Zahl und Größe bilden das einfachste Maß für die Sonnenaktivität.

Eine höhere Zahl von Sonnenflecken ist ein Zeichen dafür, dass das Magnetfeld der Sonne stärker und sie selbst aktiver ist. Es gibt dann mehr Massenauswürfe, bei denen ein Teil der Atmosphäre der Sonne einfach in den interplanetaren Raum rausgeschleudert wird.

Die Flecken selbst entstehen durch Temperaturunterschiede an der Oberfläche, wie Gandorfer ausführt. Dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen zufolge ist die Sonne ein geschichteter Gasball. Die Energie wird im Inneren erzeugt, das heiße Gas steigt auf.

An der Oberfläche wird die Energie abgestrahlt und die Temperatur der Materie falle schlagartig. Das Gas sinkt daraufhin in kühlerer und dichterer Form wieder ab. Dieser Kreislauf wird auch Konvektion genannt.

So entstehen Sonnenflecken

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erklärt die Entstehung von Sonnenflecken so: Permanent wirbelt heiße Materie aus dem Inneren der Sonne an die Oberfläche. Dieser Vorgang kann durch lokale Verstärkungen des Magnetfelds der Sonne behindert werden. Die Folge: Es entstehen etwas kältere Stellen auf der Sonnenoberfläche, die als Sonnenflecken sichtbar werden.

„Ein Sonnenfleck besteht aus einem sehr starken Magnetfeld. Das ist mehrere Tausendmal so stark wie das Magnetfeld der Erde“, erläutert Sami Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. „Das heißt, es kommt dort sehr viel weniger Energie an die Oberfläche und es kann auch viel weniger abgestrahlt werden. Und deshalb erscheinen die Flecken dunkel.“

Inwieweit solare Flecken Sonneneruptionen beeinflussen

Je mehr Sonnenflecken Experten entdecken, desto wahrscheinlicher sind Sonneneruptionen. Der europäischen Raumfahrtbehörde Esa zufolge können dabei hochenergetische Teilchen in einer Dimension von mehreren Zehnmilliarden Tonnen ins All geschleudert werden.

Sie können innerhalb von Stunden auch zur rund 150 Millionen Kilometer entfernten Erde gelangen. Der Schutzschild der Erde, die Magnetosphäre, „wird dabei wie eine Seifenblase auseinandergezogen und kann sozusagen reißen“. Die Teilchen können dann in das Magnetfeld eintreten.

Die Anzahl dieser Flecken auf der sichtbaren Sonnenoberfläche (Photosphäre) ist von der Sonnenaktivität abhängig, die sich innerhalb eines elfjährigen Zyklus ändert.

Mögliche Auswirkungen auf die Erde

Trifft ein CME die Erde, kann er geomagnetische Stürme auslösen und Polarlichter weit südlicher als üblich sichtbar machen – in seltenen Fällen bis nach Illinois, Alabama oder Nordkalifornien. Am 1. Dezember verursachte die X1,9-Eruption bereits einen kurzzeitigen Funkausfall in Australien, der etwa 30 Minuten lang Luftfahrt- und Schifffahrtssignale beeinträchtigte.

Gravierende Auswirkungen auf Internet und Strom

Starke Eruptionen der Sonne haben enorme Folgen für das Leben auf der Erde:

• Im Februar 2022 stürzten 38 Starlink-Satelliten infolge eines Sonnensturms ab. Im März 1989 kam es infolge einer Sonneneruption zu einem großräumigen Stromausfall in Kanada.
• Ein von vielen historischen Quellen erwähnter Sonnensturm im Februar 1872 war deutlich heftiger als bisher angenommen. Bis fast zum Äquator waren im Februar 1872 Polarlichter sichtbar, in Europa und Asien fielen Telegrafie-Verbindungen aus. Der Sonnensturm zählt zu den drei stärksten bislang erfassten.
• Die beiden anderen sind das „Carrington-Ereignis“ vom September 1859 und der „New York Railroad Storm“ vom Mai 1921.
• Beide Male kam es ebenfalls zu Ausfällen von Telegrafie-Verbindungen sowie zu Bränden durch elektrischen Funkenschlag. 1921 fiel die gesamte Signal- und Schaltanlage der New York Central Railroad aus – daher auch der Name.

Das Rätsel der Sonnenflecken

Seit der Erfindung des Teleskopes zu Anfang des 17. Jahrhunderts werden die dunklen Sonnenflecken regelmäßig beobachtet. Die physikalische Ursache der dunklen Flecken auf der Sonne blieb aber lange Zeit völlig unverstanden, bis im Jahr 1908 George Ellery Hale bis zu 4000 Gauss starke Magnetfelder (etwa 10.000-mal stärker als das Erdmagnetfeld) in Sonnenflecken messen konnte.

Erst durch diese Entdeckung konnte erklärt werden, warum Sonnenflecken dunkler als die umgebende Sonnenoberfläche erscheinen. Das starke Magnetfeld unterdrückt lokal die Konvektionsströmungen, die heißes Gas aus dem Sonneninnern zur Oberfläche transportieren.

Hightech macht Enträtselung möglich

Trotzdem blieben grundsätzliche Fragen noch über 100 Jahre ungelöst. Durch Beobachtungen mit modernen Teleskopen am Erdboden und durch Messungen von Weltraumsonden aus haben die Sonnenphysiker einen detaillierteren Blick auf die Struktur von Sonnenflecken und die Gasströmungen in ihnen gewonnen.

Gleichzeitig wurde durch die gewaltige Zunahme an Rechenleistung von Computern eine realistische numerische Modellierung kompletter Sonnenflecken möglich.

Die Forscher haben moderne Beobachtungsmethoden, ausgeklügelte Datenanalyse und numerische Simulationen zusammengeführt und so in den letzten Jahren einen Durchbruch im physikalischen Verständnis von Sonnenflecken erzielt.