Die NASA setzt innovative KI zur Vorhersage von Sonnenstürmen ein: So funktioniert das neue Modell
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass die Ausrichtung des Sonnenauswurfs und die Sonnenwindbedingungen eine wichtige Rolle spielen. Darüber hinaus versprechen Fortschritte in der künstlichen Intelligenz und weltraumgestützte Beobachtungen, die Warnungen vor künftigen Stürmen, die unsere Technologien bedrohen, zu verbessern.
Am 23. April 2023 wurde die Erde von einem ungewöhnlich starken Sonnensturm heimgesucht, der die Wissenschaftler überraschte und Polarlichter erzeugte, die bis in den Süden von Texas, USA, zu sehen waren. Besonders rätselhaft war, dass die Sonne zwei Tage zuvor einen koronalen Massenauswurf (CME) freigesetzt hatte, der nicht besonders bedrohlich erschien.
Die ersten Prognosen waren beruhigend. Die Sonneneruption, die dem CME vorausging, war schwach, und die Teilchenwolke war nicht besonders schnell oder dicht. Alles deutete auf einen leichten geomagnetischen Sturm hin. Als er jedoch die Erde erreichte, waren die Auswirkungen schwerwiegend. Was ist bei den Vorhersagen falsch gelaufen?
Der Schlüssel lag in der Orientierung
Eine neue Studie, die am 31. März 2025 im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, bietet eine mögliche Erklärung. Ein Team unter der Leitung von Evangelos Paouris vom Johns Hopkins Applied Physics Laboratory analysierte Daten, die von fünf über das innere Sonnensystem verteilten Raumsonden gesammelt wurden.
Die Studie identifizierte ein großes koronales Loch in der Nähe des Ursprungs des CME. Durch diese Löcher kann der Sonnenwind mit höherer Geschwindigkeit als üblich entweichen. Der Wind wirkte wie ein Luftstrom, der den CME in Richtung der Erdbahnebene umlenkte. Außerdem ging diese Verschiebung mit einer Rotation einher, die sein Magnetfeld entgegengesetzt zum Erdmagnetfeld ausrichtete.
Durch diese ungünstige Ausrichtung konnten große Mengen an Sonnenenergie in die Umgebung der Erde eindringen und den geomagnetischen Sturm weit über die ursprünglichen Erwartungen hinaus verstärken.
Eine Atmosphäre, die sich nach dem Sturm abkühlt
Die GOLD-Mission der NASA entdeckte auch ungewöhnliche Auswirkungen in der oberen Atmosphäre der Erde. GOLD überwachte die mittlere Thermosphäre - in etwa 140 bis 200 km Höhe - vor, während und nach dem Sturm. Während die Temperaturen während des Sturms anstiegen, fielen sie danach um 32 bis 93 °C.
Diese Abkühlung, die erstmals von dem Wissenschaftler Xuguang Cai von der University of Colorado dokumentiert wurde, hat erhebliche Auswirkungen. Mit abnehmender Dichte in der oberen Atmosphäre haben Satelliten und Weltraummüll weniger Widerstand, was ihre Zeit in der Umlaufbahn verlängern und das Risiko von Kollisionen erhöhen könnte.
Künstliche Intelligenz, um der Sonne einen Schritt voraus zu sein
Um die Vorhersage von Sonnenstürmen zu verbessern, wenden sich Wissenschaftler dem maschinellen Lernen zu. Ein Modell namens GeoCME, das auf Daten des SOHO-Satelliten der NASA/ESA trainiert wurde, konnte mit hoher Genauigkeit vorhersagen, welche Sonnenauswürfe geomagnetische Stürme auslösen würden.
A full-halo CME, associated with an M1 (R1-Minor) flare, was observed on 21 April. The CME is likely to cause G1 (Minor) to G2 (Moderate) geomagnetic storming beginning late on 23 April to 24 April (UTC). pic.twitter.com/kzuE6dhQXD
— NOAA Space Weather Prediction Center (@NWSSWPC) April 22, 2023
In jüngsten Versuchen war GeoCME in allen 21 Fällen, in denen CMEs geoeffektiv waren, genau und verfehlte nur zwei der sieben Fälle, in denen sie es nicht waren. Diese Ergebnisse sind vielversprechend für die Erstellung zuverlässigerer Warnungen zum Schutz von Satelliten, Stromnetzen und Navigationssystemen.
Ein Sonnenwächter aus der Nähe
Eine weitere Lehre ergab sich aus dem extremen Sonnensturm vom Mai 2024, dem stärksten seit über zwei Jahrzehnten. Zufälligerweise befand sich die NASA-Sonde STEREO-A zwischen Sonne und Erde, etwa vier Millionen Meilen näher als der übliche Beobachtungspunkt am Lagrange-Punkt 1 (L1).
Eine in der Zeitschrift Space Weather veröffentlichte Studie zeigt, dass STEREO-A, wenn es als Frühwarnpunkt eingesetzt worden wäre, die Stärke des Sturms mehr als zwei Stunden früher hätte vorhersagen können als die derzeitigen Systeme.
"Wir haben noch nie einen Supersturm aus so kurzer Entfernung beobachtet", sagte Eva Weiler, Autorin des Artikels und Expertin für Weltraumwetter. Diese Beobachtung ebnet den Weg für die Platzierung künftiger Missionen an strategischeren Standorten, um die Reaktionszeit auf extreme Sonnenereignisse zu maximieren.
Eine wachsende Herausforderung
Der Sonnensturm vom April 2023 hat gezeigt, dass es trotz aller Fortschritte immer noch viele Unbekannte über das Verhalten der Sonne gibt. Die Ausrichtung von CMEs, die Bedingungen des Sonnenwinds und die Reaktionen der Erdatmosphäre sind wichtige Teile eines sich ständig weiterentwickelnden Puzzles.
Die Wissenschaftler bemühen sich verstärkt um die Verbesserung der Vorhersageinstrumente. Das Ziel ist klar: Die Bedrohungen durch die Sonne sollen besser vorhergesehen, Schäden verringert und die kritische Infrastruktur, von der das moderne Leben abhängt, geschützt werden.
Quellenhinweis:
Evangelos Paouris et al, How the CME on 2023 April 21 Triggered the First Severe Geomagnetic Storm of Solar Cycle 25, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/adb8d3
Xuguang Cai et al, Concurrent GOLD and SABER Observations of Thermosphere Composition and Temperature Responses to the April 23–24, 2023 Geomagnetic Storm, Journal of Geophysical Research: Space Physics (2025). DOI: 10.1029/2025JA033912
Khalid A. Alobaid et al, Prediction of Geoeffective CMEs Using SOHO Images and Deep Learning, Solar Physics (2024). DOI: 10.1007/s11207-024-02385-w
E. Weiler et al, First Observations of a Geomagnetic Superstorm With a Sub‐L1 Monitor, Space Weather (2025). DOI: 10.1029/2024SW004260