Beim außergewöhnlich starken Sonnensturm am 10. und 11. Mai 2024 waren Polarlichter nicht nur in Deutschland, sondern sogar in Südeuropa zu sehen. Eine neue Studie zeigt nun, dass die Teilchen, die das Erdmagnetfeld während dieses Sturms beeinflussten, zu mehr als 85 Prozent aus der Erdatmosphäre stammten – und nicht von der Sonne.
Arase-Satellit liefert überraschende Daten
Der japanische Forschungssatellit „Arase“ der Weltraumforschungsbehörde Jaxa durchquerte während des Sturms zufällig den Ringstrom, einen Gürtel geladener Teilchen, der die Erde über dem Äquator umgibt. Mit seinen Instrumenten konnte er Masse und Energie der Ionen direkt messen. „Dies ist die erste gleichzeitige Beobachtung von Ringstromionen und Sonnenwind während eines so großen Sturms“, sagt Naritoshi Kitamura von der Universität Nagoya, Hauptautor der im Fachmagazin „Science Advances“ veröffentlichten Studie.
Die Daten waren eindeutig: Mehr als 85 Prozent der Ionen im Ringstrom stammten aus der Ionosphäre, dem oberen, geladenen Teil der Erdatmosphäre. Der Beitrag der Sonnenwind-Ionen war dagegen minimal. „Die Dominanz der Ionen aus der oberen Erdatmosphäre, die weitaus schwerer sind als Sonnenwindpartikel, könnte die Störung des Erdmagnetfelds verstärkt haben“, schlussfolgern die Forscher.
Bedeutung für die Vorhersage von Sonnenstürmen
Bislang gingen viele Wissenschaftler davon aus, dass bei starken Sonnenstürmen vor allem Ionen aus dem Sonnenwind eine Rolle spielen. Die neuen Erkenntnisse legen jedoch nahe, dass der Zustand der Erdatmosphäre entscheidend dafür ist, wie heftig ein Sonnensturm auf der Erde ausfällt. „Manche Super- oder extrem starken Sonnenstürme sind nicht nur beeindruckende Lichtspektakel, sie bergen Risiken für Raumfahrzeuge, stören GPS-Signale und Kommunikationsverbindungen und verursachen Stromausfälle“, warnt Kitamura. „Zu verstehen, wie solch ein Sturm entsteht, ist deshalb nicht nur eine wissenschaftliche Frage, sondern hat auch praktische Konsequenzen.“
Die Studie kann laut den Autoren die Vorhersagen für extrem starke Sonnenstürme verbessern. Bisher stützten sich die Rechenmodelle zur Prognose des Weltraumwetters auf die Sonnenwindbedingungen. Künftig müsse auch der Zustand der Erdatmosphäre berücksichtigt werden.
Hintergrund: Was sind Sonnenstürme?
Die Sonne sendet ständig Teilchenströme aus, erklärt das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Bei einer Sonneneruption ist dieser Ionenstrom für einige Zeit besonders ausgeprägt. Treffen die Sonnenwinde auf das Erdmagnetfeld, wird dieses verformt. In den Polargebieten können Teilchen in die Erdatmosphäre vordringen und Leuchterscheinungen am Himmel erzeugen: Polarlichter. Starke Sonnenstürme verformen das Erdmagnetfeld stärker, sodass Polarlichter auch weiter von den Polen entfernt sichtbar sind – wie im Mai 2024 in Deutschland und Südeuropa.
Der Ringstrom spielt bei den Störungen des Erdmagnetfelds eine wichtige Rolle: Er kann die Störungen verstärken. Seit Jahrzehnten diskutieren Wissenschaftler, in welchem Umfang die beiden Quellen – Sonnenwind und Ionosphäre – zum Ringstrom beitragen. Die neue Studie liefert nun erstmals direkte Messungen während eines Super-Sonnensturms und zeigt, dass der Beitrag der Ionosphäre dominiert.
