Die Sonne steuert auf ein Maximum zu: Was bedeutet das und was ist zu erwarten?

Es dauert weniger als zwei Jahre, bis die Sonne ihr magnetisches Aktivitätsmaximum erreicht hat. Diese Periode des Maximums ist durch besonders intensive Phänomene gekennzeichnet, die erhebliche Auswirkungen auf künstliche Satelliten und das weltweite Stromnetz haben können.

Sonnenkorona — So sieht die Sonne zwei Jahre später aus, wenn sie sich auf ihre maximale Phase zubewegt. Kredit: NASA/SDO

Unser Stern, die Sonne, ist trotz ihres beachtlichen Alters von etwa 4,5 Milliarden Jahren ein "aktiver" Stern. Ja, denn die Aktivität sonnenähnlicher Sterne (d. h. Sterne mit einer Masse, die mit der Sonne vergleichbar oder kleiner ist) nimmt mit zunehmendem Alter ab, wobei sie in jungen Jahren sehr aktiv sind und mit zunehmendem Alter immer ruhiger werden.

Was wir unter "Sonnenaktivität" verstehen

Wenn wir von der Aktivität der Sonne sprechen, beziehen wir uns auf eine Reihe von beobachtbaren Phänomenen in ihrer Atmosphäre. Diese hat mehrere Schichten, von denen die Photosphäre die unterste und die Korona die äußerste ist.

Einige Phänomene, die die Aktivität charakterisieren, sind schon seit Jahrhunderten bekannt, wir sprechen von Sonneneruptionen; andere Phänomene wie Massenkoronale Eruptionen wurden erst in jüngerer Zeit entdeckt und untersucht. Aber es gibt auch die Brilliarden (bengalas en inglés), den Sonnenwind , die Faculae ,... alles in allem stellen sie eine sehr vielfältige Phänomenologie dar.

Sonnenflecken sind Bereiche der Oberfläche (Photosphäre), in denen die Temperatur niedriger ist als in den angrenzenden Regionen. Um einen visuellen Kontrasteffekt zu erzielen, erscheinen sie dunkel. Sie sind immer noch heiße Strukturen mit Temperaturen von bis zu 4000 Grad.

Ein Merkmal der Sonnenaktivität ist, dass sie sich periodisch verändert. Ein interner Aktivitätszyklus dauert durchschnittlich 11 Jahre. Während dieser elf Jahre variieren die Intensität und die Anzahl der beobachtbaren Phänomene. Ein Zyklus beginnt, wenn die magnetische Aktivität minimal ist. In den folgenden 5½ Jahren nehmen etwa Intensität und Anzahl der Erscheinungen zu, bis sie einen Maximalwert erreichen; dann, in den nächsten 5½ Jahren, nehmen Intensität und Anzahl der Erscheinungen wieder ab.

Fleckenzyklus — Bilder der Sonne während des "Minimums" (links) und des "Maximums" (rechts). Quellen: Observatorio de Dinámica Solar de la NASA/Joy Ng

Während sich die Sonne auf ihre maximale Phase zubewegt, nehmen die Anzahl und die Gesamtfläche der Flecken (siehe Abbildung oben), die Menge und Intensität der Magnetfelder sowie die Intensität und Häufigkeit hochenergetischer Phänomene zu.

Die Aktivitätszyklen sind nummeriert. Der aktuelle Sonnenzyklus ist der Zyklus 25, der in der zweiten Jahreshälfte 2019 begann und voraussichtlich im Sommer 2025 seinen Höhepunkt erreichen wird. Da es sich jedoch um Durchschnittswerte handelt, könnte das nächste Maximum früher oder später eintreten.

Einige Wissenschaftler behaupten, dass das Aktivitätsniveau bereits jetzt über dem Maximum des vorherigen Zyklus liegt und dass das Maximum dieses Zyklus schon früher, nämlich 2024, erreicht werden könnte.

Der Ursprung der Phänomene, die die Sonnenaktivität kennzeichnen, ist magnetisch.

Im Magnetfeld ist die Erklärung

Energie existiert in verschiedenen Formen , thermisch (Wärme), elektromagnetisch (Licht), elektrisch, magnetisch, mechanisch. Außerdem kann Energie ihre Form ändern, zum Beispiel von elektromagnetisch zu elektrisch, von elektrisch zu thermisch.

Was in der Sonne geschieht, ist genau genommen eine Umwandlung von mechanischer Energie, derjenigen der inneren Bewegung des Sonnenplasmas, in magnetische Energie. Etwa fünfeinhalb Jahre lang erzeugt und verstärkt ein (sehr kleiner) Teil der mechanischen Rotationsenergie der Sonne das Magnetfeld im Inneren der Sonne.

Dieses steigt allmählich zur Oberfläche auf, wo es zu den beobachteten Aktivitätsphänomenen führt. Anschließend, im zweiten Teil des Zyklus, nimmt das Magnetfeld allmählich ab, bis es einen Minimalwert erreicht.

In der Sonnenatmosphäre wird magnetische Energie wiederum in thermische Energie umgewandelt, und zwar umso effizienter, je weiter man nach außen geht. Man bedenke, dass in der Sonnenatmosphäre die Temperatur von 6000 Grad in der Photosphäre (der untersten Schicht) auf eine Million Grad in der Korona (der äußersten Schicht) ansteigt, und zwar aufgrund dieser Umwandlung von magnetischer Energie in Wärmeenergie.

In der Sonne wird mechanische Energie in magnetische Energie und magnetische Energie in Wärme umgewandelt. Diese Wärme heizt die feine Sonnenatmosphäre in der Korona auf Temperaturen von zwei Millionen Grad auf.

Magnetische Aktivität ist ein gemeinsames Merkmal aller Sterne mit ähnlicher oder geringerer Masse als die der Sonne.

Unter den verschiedenen Erscheinungsformen der magnetischen Aktivität verdienen vor allem zwei besondere Aufmerksamkeit: Sonnenwind und koronale Massenauswürfe..

Auswirkungen auf die Erde

Vor allem in der Nähe oder während des Maximums kommt es vor, dass diese Umwandlung von magnetischer Energie in thermische Energie auf heftige und explosive Weise erfolgt . Es sind diese Ereignisse, die durch die Freisetzung enormer Energiemengen eine so starke Erwärmung bewirken, dass auch Masse, insbesondere Sonnenplasma, aus der Sonnenatmosphäre ausgestoßen wird.

In Form von koronalen Massenauswürfen oder in Form eines starken Sonnenwindes, werden elektrische Teilchen (Protonen, Elektronen) mit solchen Geschwindigkeiten (bis zu 800 km/s) aus der Sonne geschleudert, dass sie die Erde innerhalb weniger Tage erreichen können.

Es handelt sich dabei um gefürchtete Magnetstürme, für die Überwachungs- und Vorwarnsysteme eingerichtet wurden, d. h. Satelliten, die die Sonne kontinuierlich beobachten und das Auftreten dieser Ereignisse sowie die Richtung, in die das Plasma ausgestoßen wird, melden.

Die Natur hat die Erde mit einem Magnetfeld ausgestattet, dessen Form es ermöglicht, diesen elektrischen Wind abzulenken oder allenfalls seine Teilchen einzufangen, indem sie auf die Pole gelenkt werden. Was im Allgemeinen durch die Wechselwirkung zwischen dem Sonnenwind und der Ionosphäre der Erde entsteht, sind die Auroras (sowohl boreal als auch meridional).

Das Carrington-Ereignis

Die Stärke dieser Ereignisse kann jedoch so groß sein, dass künstliche Satelliten, z. B. Kommunikationssatelliten, ausgeschaltet werden können. Berühmt ist das Carrington-Ereignis (britischer Astronom), der stärkste jemals aufgezeichnete geomagnetische Sturm. Er ereignete sich am 1. September 1859, legte das Telegrafennetz für 14 Stunden lahm und erzeugte selbst in niedrigen Breitengraden Polarlichter.

In den nächsten Monaten bis zum Höhepunkt der Aktivität wird es keinen Mangel an intensiven Phänomenen in der Sonnenatmosphäre und daraus resultierenden geomagnetischen Stürmen mit Polarlichtern und gelegentlichen Satellitenstörungen geben.