Sonne unter Dauerbeobachtung: Wie Forschende erstmals extreme Sonnenregionen über Monate verfolgen

    Eine extrem aktive Region auf der Sonne hat im Jahr 2024 spektakuläre Polarlichter hervorgebracht – aber auch für massive Störungen auf der Erde gesorgt. Dank zweier Raumsonden konnte die Entwicklung erstmals nahezu lückenlos über drei Sonnenrotationen hinweg beobachtet werden.

    Die Raumsonde Solar Orbiter liefert Bilder der Sonne und beobachtet dabei auch deren Rückseite, die wir von der Erde aus nicht sehen können.
    Die Raumsonde Solar Orbiter liefert Bilder der Sonne und beobachtet dabei auch deren Rückseite, die wir von der Erde aus nicht sehen können. Bild: ESA/AOES

    Unsere Sonne ist alles andere als ruhig. Etwa alle 28 Tage dreht sie sich einmal um ihre eigene Achse, wodurch aktive Sonnenregionen aus irdischer Perspektive jeweils nur rund zwei Wochen sichtbar sind. Danach verschwinden sie auf der Rückseite und entziehen sich der direkten Beobachtung. Doch diese Beobachtungslücke dürfte nun der Vergangenheit angehören.

    Die Sonnenaktivität unterliegt regelmäßigen Schwankungen, wobei das Maximum der Aktivität mit einer hohen Anzahl an Sonnenflecken sowie einer höheren Strahlung einhergeht. Der Aktivitätszyklus beträgt immer etwa 11 Jahre, das Aktivitätsmaximum wurde in den Jahren 2024 bis 2025 erreicht.

    Mithilfe zweier Raumsonden ist es einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung der ETH Zürich erstmals gelungen, eine extrem aktive Sonnenregion über insgesamt 94 Tage hinweg zu verfolgen – von ihrer Entstehung bis zu ihrem Zerfall.

    Möglich wurde dies durch die ESA-Sonde Solar Orbiter. Die Sonde umkreist die Sonne in etwa sechs Monaten und liefert dabei auch Bilder von deren Rückseite. „Glücklicherweise hat die Solar-Orbiter-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA seit 2020 unsere Perspektive erweitert“, sagt Ioannis Kontogiannis, Sonnenphysiker an der ETH Zürich und am Istituto ricerche solari Aldo e Cele Daccò (IRSOL) in Locarno.

    Extrem aktive Sonnenregion untersucht

    Im Zentrum der Beobachtungen stand die Sonnenregion NOAA 13664, eine der aktivsten der vergangenen zwanzig Jahre. Zwischen April und Juli 2024 wurde sie sowohl vom Solar Orbiter als auch vom NASA-Satelliten Solar Dynamics Observatory erfasst, der dauerhaft zwischen Erde und Sonne positioniert ist.

    Als sich NOAA 13664 im Mai 2024 auf die der Erde zugewandte Seite drehte, entfaltete sie ihre volle Wirkung und löste die stärksten geomagnetischen Stürme seit 2003 aus. „Diese Region verursachte die spektakulären Polarlichter, die sogar in der Schweiz zu sehen waren“, erklärt Louise Harra, Professorin an der ETH Zürich und Direktorin des Physikalisch-Meteorologischen Observatoriums Davos (PMOD/WRC). Die lückenlose Datenkombination erlaubte es dem Forschungsteam, die sich verändernde Region genau nachzuvollziehen.

    „Das ist die längste kontinuierliche Bilderserie, die jemals für eine einzelne aktive Region erstellt wurde – ein Meilenstein in der Sonnenphysik.“

    – Ioannis Kontogiannis, Sonnenphysiker, ETH Zürich und Istituto ricerche solari Aldo e Cele Daccò (IRSOL), Locarno

    Aktive Sonnenregionen zeichnen sich durch starke und komplexe Magnetfelder aus. Sie entstehen, wenn magnetisiertes Plasma aus dem Inneren der Sonne an die Oberfläche tritt. Die Magnetfelder können sich plötzlich entladen und dabei gewaltige Energiemengen freisetzen.

    Sonnenstürme schädigen Landwirtschaft

    Die bei solchen Eruptionen ins Weltall geschleuderten Teilchen werden als Sonnenstürme bezeichnet. Sonnenstürme erzeugen einerseits schöne Polarlichter, können andererseits aber auch Kommunikationssysteme lahmlegen, Stromnetze destabilisieren, Satelliten beschädigen oder sogar zum Absturz bringen – wie im Februar 2022, als zahlreiche Starlink-Satelliten verloren gingen.

    Auch im Mai 2024 zeigte sich, wie verletzlich moderne Systeme sind. „Sogar die Signale auf Bahnlinien können betroffen sein und von rot auf grün schalten oder umgekehrt“, sagt Harra: „Das ist unheimlich.“ Besonders gravierend waren die Auswirkungen auf die digitale Landwirtschaft.

    Die Signale von Satelliten, Drohnen und Sensoren wurden gestört; die Bauern verloren dadurch Arbeitstage, und es kam zu Ernteausfällen mit erheblichen wirtschaftlichen Einbußen.

    Die Auswertung der Daten zeigt, dass sich das Magnetfeld von NOAA 13664 über mehrere Episoden hinweg zunehmend verkomplizierte. Am Ende entstand eine verflochtene Struktur, bevor es am 20. Mai 2024 auf der Sonnenrückseite zum stärksten Flare der letzten zwanzig Jahre kam.

    Solche Untersuchungen sollen künftige Vorhersagen des sogenannten Weltraumwetters verbessern. „Wenn wir auf der Sonne eine Region mit einem extrem komplexen Magnetfeld sehen, können wir annehmen, dass dort eine große Menge Energie vorhanden ist, die in solchen Sonnenstürmen freigesetzt werden muss“, erklärt Harra. Bis genaue Vorhersagen möglich sind, wird es jedoch noch dauern.

    Die geplante ESA-Mission Vigil soll ab 2031 ausschließlich dem besseren Verständnis des Weltraumwetters dienen.

    „Dies erinnert uns daran, dass die Sonne der einzige Stern ist, der unsere Aktivitäten beeinflusst“, so 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.“

    Quellenhinweis:

    Kontogiannis, I., Zhu, Y., Barczynski, K., Stiefel, M., Collier, H., McKevitt, J., Castellanos Duràn, J., Berdyugina, S., Harra L. (2025): Near-continuous tracking of solar active region NOAA 13664 over three solar rotations. Astronomy & Astrophysics, 704.