![Bild 1 [130 x 75 Pixel @ 4,6 KB]](/tr/imgs/08/2/5/5/8/4/3/59eb0b049b8a91b4.jpg)
Bild: NASA/ESA
Ende Oktober 2003 tobte ein schweres Unwetter. Das Schauspiel blieb menschlichen Augen allerdings weitgehend verborgen, denn es ereignete sich im All: Ein Sonnensturm war über die Erde hinweggefegt. Seine Wirkung auf technische Systeme war indes deutlich zu spüren. In Schweden fiel regional der Strom aus, Luftkorridore in Nord-Kanada wurden für Passagierflugzeuge geschlossen, Satelliten setzten zeitweise aus. Insgesamt, so schätzt die europäische Weltraumorganisation Esa, entstand in den vergangenen sechs Jahren wegen des Ausfalls von Satelliten ein Schaden von mehr als 500 Millionen Dollar. In einer zunehmend auf Technik angewiesenen Welt werden Vorhersagen von Sonnenstürmen deshalb immer wichtiger.
Aus den äußeren Bereichen der Sonnenatmosphäre, der Korona, strömen unablässig elektrisch geladene Teilchen in das Planetensystem hinaus. Vorwiegend handelt es sich dabei um Elektronen und Protonen (Kerne von Wasserstoff-Atomen). Bei Geschwindigkeiten um 400 Kilometer pro Sekunde benötigen die Partikel durchschnittlich vier Tage, bis sie die Erde erreichen. In jeder Sekunde strömen in der Nähe unseres Planeten ungefähr 500 Millionen Teilchen durch eine Fläche entsprechend der Größe eines Daumennagels.
Die Erde hat sich gegen diesen Sonnenwind einen Schutzschild zugelegt: das Erdmagnetfeld. Auf der windzugewandten Seite der Erde drückt der Sonnenwind die Magnetosphäre bis auf etwa zehn Erdradien (65 000 Kilometer) zusammen, während er sie auf der windabgewandten Seite mehrere hunderttausend Kilometer weit zu einem langen Schweif auseinander zieht. Einige Teilchen werden vom Magnetfeld eingefangen und laufen dann entlang der Feldlinien von Pol zu Pol. Sie bilden einen "planetaren Stromkreis". Dadurch entstehen Strahlungsgürtel, nach ihrem Entdecker Van-Allen-Gürtel genannt, die unseren Planeten ringförmig umgeben. Allerdings weht von der Sonne nicht immer nur eine leichte Brise. Von Zeit zu Zeit ereignen sich enorme Ausbrüche auf unserem Zentralgestirn, vor allem in der Phase eines solaren Aktivitätsmaximums, das in einem elfjährigen Zyklus wiederkehrt. Dann entstehen zunehmend die bekannten dunklen Flecken, und bei starken Eruptionen schleudert die Sonne heiße Gaswolken mit Massen von mehreren Milliarden Tonnen ins Planetensystem. Diese ebenfalls aus Protonen und Elektronen bestehenden Wolken bezeichnet man als Plasma. Mit Geschwindigkeiten von bis zu 2000 Kilometern pro Sekunde durcheilen sie das Sonnensystem und können innerhalb von ein bis zwei Tagen die Erde erreichen, wo sie auf das Magnetfeld prallen. Einigen Teilchen gelingt es, die Magnetbarriere zu durchbrechen und an den Polen in relativ niedrige Höhen hinunterzuschießen. Sie dringen in die obere Atmosphäre ein und stoßen in 100 bis 300 Kilometer Höhe mit Sauerstoff- und Stickstoff-Partikeln zusammen. Hierbei regen sie diese zum Leuchten an.
Das Ergebnis sind Polarlichter, die wie wehende Vorhänge am Nachthimmel schimmern. Vom Weltraum aus offenbaren sie ihre wirkliche Ausdehnung: In Form eines breiten Rings umgeben sie den jeweiligen Pol.
Sonnenstürme führen allerdings nicht nur zu faszinierenden Leuchterscheinungen. Sie können auch ziemlich lästig sein. So wirken sie sich etwa auf die Ionosphäre aus, eine elektrisch leitfähige Schicht in einem Höhenbereich zwischen 100 und 1000 Kilometern. In ihr existieren viele freie Elektronen, die dazu führen, dass die Ionosphäre Radiowellen reflektiert. Nur deshalb ist es möglich, diese Wellen über große Distanzen und über die gekrümmte Erde hinweg zu übertragen. Bei starkem Sonnenwind nimmt die Dichte der Elektronen zeitweise extrem ab. Als Folge davon reflektiert die Ionosphäre nur noch vermindert Radiowellen, sodass die Funkkommunikation von Flugzeugen oder Schiffen gestört oder gar unterbrochen wird.
Vor allem aber bringt ein Sonnensturm die gesamte Magnetosphäre zum Schwingen und löst elektrische Ströme aus. Diese wiederum induzieren in Stromleitungen am Erdboden starke elektrische Spannungen. Der folgenschwerste Zwischenfall solcher Art ereignete sich am 13. März 1989 in Kanada. Damals zerstörten induzierte Stromstöße einen Transformator in New Jersey, was schließlich zum Kollaps des gesamten örtlichen Stromversorgungssystems führte. Auch das Hydro-Québec- Kraftwerksystem fiel für neun Stunden aus, sodass die ganze Region Québec ohne Strom war. Mit technischen Maßnahmen lässt sich solchen Problemen zwar vorbeugen. In dem kanadischen Kraftwerk wurden inzwischen Kondensatoren eingebaut, welche die Spannungsspitzen zum Teil auffangen. Ein derartiger Umbau ist jedoch aufwendig und teuer.
Geomagnetische Stürme induzieren zudem in metallisch leitenden Gegenständen Ströme. Auswirkungen hat dies nachgewiesenermaßen auf Pipelines: Insbesondere in hohen geografischen Breiten korrodieren die Rohrleitungen schneller. Außerdem bedrohen starke Sonnenstürme Satelliten in der Erdumlaufbahn. Die Teilchen können entweder direkt in der Elektronik Schäden anrichten. Oder die Außenhülle lädt sich statisch auf, was schließlich zu Spannungsüberschlägen führen kann. Anfällig gegen Sonnenstürme sind auch exakte Ortsbestimmungen mit Hilfe des Global Positioning System (GPS). Ein Empfänger ermittelt seine Position am Boden, indem er die Signale von mehreren GPS-Satelliten gleichzeitig registriert und analysiert. Bei einem Magnetsturm werden diese Signale in der Atmosphäre jedoch gestört, wodurch die Positionsbestimmung mindestens um zehn Meter ungenauer wird. Für die Navigationssysteme in Autos spielt das keine große Rolle. Auf Flughäfen, wo man die landenden Maschinen zukünftig mittels GPS dichter staffeln will, sind die Anforderungen indes wesentlich höher.
Nicht zuletzt sind Astronauten den solaren Stürmen nahezu schutzlos ausgeliefert, vor allem bei Expeditionen außerhalb des abschirmenden Erdmagnetfeldes zu Mond oder Mars. Die resultierenden Gesundheitsrisiken sind den Strahlenschäden durch eine Atombombe vergleichbar: Die energiereichen Teilchen können einen Raumanzug durchschlagen, in menschliche Zellen eindringen und die DNA zerstören. Auf diese Weise erhöht sich das Krebsrisiko. Es war reines Glück, dass die Sonne etwa während der Apollo-Flüge zum Mond ruhig blieb.
Dieser Text ist der Zeitschriften-Ausgabe 10/2005 von Technology Review entnommen. Der Artikel steht auch als kostenpflichtiges pdf im Heise Kiosk zum Download bereit.
Permalink: http://heise.de/-281323
