Die Beeinflussung der Sonnenrotation auf irdische Blitze

Wetterbeeinflussung durch den Sonnenwind

Bereits 2014 veröffentlichten britische Forscher eine Studie über den möglichen Zusammenhang der Sonnenaktivität auf die Anzahl der Blitze in Europa.

Wenn die Sonnenaktivität besonders hoch ist und ein starker Sonnenwind oder ein Sonnensturm auf das Erdmagnetfeld trifft, blitzt es in Europa häufiger und stärker. Jetzt haben historische Tagebücher aus Japan diesen Wettereinfluss des Sonnenwinds eindrucksvoll bestätigt.

Sonnenrotation beeinflusst irdische Blitze

Nicht nur starke Sonnenstürme haben Einfluss auf die irdische Blitzhäufigkeit, sondern auch die rund 27 Tage andauernde Rotation unserer Sonne sorgt für eine nachweisbare Schwankung. Historische Tagebücher aus dem Japan des 18. Jahrhunderts haben dies nun eindrucksvoll bestätigt.

Wie entstehen Gewitterblitze?

Blitze entstehen, wenn Temperaturunterschiede oder hohe Luftfeuchtigkeiten zwischen naheliegenden Luftmassen vorherrschen und stellen einen Ausgleichsmechanismus dar. Besonders im Sommer sammelt sich bei uns häufig wärmere und feuchtere Luft als gewohnt an, etwa bei einer südwestlichen Luftströmung.

Irgendwann trifft auf diese allerdings auch wieder eine typische, verglichen aber kühlere Luftmasse. In der warmen Luft ist viel Feuchtigkeit und Energie gespeichert, die sich durch die Spannung der Luftmassenunterschiede entladen muss – es kommt also zu Blitzentladungen.

Luftmassenunterschiede werden aber nicht nur horizontal, sondern auch vertikal durch Blitze ausgeglichen, etwa wenn sich in mehreren Kilometern Höhe sogenannte Kaltlufttropfen befinden. Diese stammen aus Polarregionen und dringen regelmäßig in unsere Breiten vor.

Im Frühjahr und im Herbst sind die Temperaturunterschiede zwischen der polaren Höhenluft und der europäischen Bodenluft am größten, sodass es auch dann vermehrt zu Blitzeinschlägen kommen kann – auch wenn die Luftfeuchte nicht besonders hoch ist.

Es gibt aber noch eine weitere wichtige Voraussetzung für Blitze: Nicht nur eine hohe Temperaturdifferenz zwischen den unterschiedlichen Luftmassen muss bestehen, auch sollte die wärmere Luft eine bestimmte Mindesttemperatur besitzen, da die Temperatur immer eine gewisse Energiemenge der Luft repräsentiert. So kommt es im Winter also überaus selten zu Blitzeinschlägen, es sei denn, eine extrem hohe Temperaturdifferenz sorgt allein für die nötige Spannung zwischen zwei Luftmassen.

Doch für die Blitzhäufigkeit sind nicht nur irdische Faktoren verantwortlich: Vor einigen Jahren fanden Wissenschaftler heraus, dass auch starke Sonnenstürme das Gewittergeschehen auf der Erde deutlich anheizen können.

Sonnenrotation – in 27 Tagen um die eigene Achse

Die Sonne rotiert um ihre eigene Achse im gleichen Sinn, in dem auch ihre Planeten umlaufen. Als Gasball rotiert sie jedoch nicht einheitlich, sondern am Äquator deutlich schneller als an den Polen. Zudem erhält man je nach Messmethode verschiedene Ergebnisse, da sie unter der Oberfläche schneller rotiert.

Konventionell wird eine siderische Rotationsdauer von 25,38 Tagen angegeben, was der durchschnittlichen Bewegung von Sonnenflecken bei einer heliografischen Breite von 26° entspricht. Die synodische Rotationsdauer (bezogen auf die Erde) beträgt im Mittel etwa 27,28 Tage

Differentielle Rotation

Als rotierender Gasball rotiert die Sonne nicht wie ein Festkörper mit starrer Rotation, sondern hat – wie um 1800 anhand der Sonnenflecken festgestellt wurde – eine differentielle Rotation: Am Äquator rotiert sie schneller als in der Nähe der Pole.

Dies wurde bereits im 18. Jahrhundert vermutet und 1863 von R. C. Carrington genau untersucht. Ergebnis: Die Umlaufperiode von Sonnenflecken in der Äquatorregion beträgt etwa 25 Tage, auf 45° Breite 27 Tage und in Polnähe über 31 Tage.

Durch die Sonnenrotation erhält das Sonnenmagnetfeld, welches vom Sonnenwind nach außen geleitet wird, die Form einer Spirale, die mit einer Umlaufzeit von etwa 25 Tagen rotiert.

Gewitteraktivität schwankt in einem Zyklus von knapp 27 Tagen

Hiroko Miyahara von der Musashino Universität in Tokio und seine Kollegen haben festgestellt, dass die Gewitteraktivität manchmal in einem Zyklus von rund 27 Tagen schwankt. Was könnte die Ursache sein?

Man vermutet, dass die Blitzschwankungen mit der Rotation der Sonne zusammenhängen, da eine Rotation um die eigene Achse ebenfalls rund 27 Tage andauert. „Weil sich Sonnenflecken und Sonnenfackeln (Faculae) auf der Sonnenoberfläche mitdrehen, schwankt auch die Strahlung von der Sonne mit einer Periode von 24 bis 31 Tagen“, erklären Miyahara und seine Kollegen.

Dieser schwankende Strahlungseinstrom aus dem All könnte wiederum die Atmosphäre und damit auch die Gewitter beeinflussen.

Auswertung der Japanischen Tagebücher

Um diese Hypothese zu bestätigen, sind Datenreihen zur Blitzhäufigkeit nötig, die länger als nur zwei Dutzend Jahre sind – im Idealfall mehr als 100 Jahre, um auch den elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität mit zu erfassen. „Denn wenn solare Strahlungsschwankungen die Ursache für die meteorologischen Auffälligkeiten sind, dann müsste der 27-Tages-Zyklus in Zeiten hoher Sonnenaktivität prominenter zutage treten“, sagen die Forscher.

Nun sind die Wissenschaftler fündig geworden – in zwei Sätzen historischer Tagebücher aus dem alten Japan. Die Ishikawa-Familie notierte ab 1720 täglich das Wetter im Rahmen ihrer landwirtschaftlichen Buchführung und lieferte damit den ersten Datensatz. Der zweite Aufzeichnung stammt von 1668 bis 1867 von Regierungsbeamten in der alten japanischen Hauptstadt Edo – dem heutigen Tokio.

Auswertungen ergeben einen Zusammenhang

Bei der Auswertung dieser historischen Wetterbeobachtungen stellten die Wissenschaftler regelmäßige Häufungen fest: Alle 24 bis 31 Tage gab es – zumindest in der Gegend um Tokio – besonders viele Sommergewitter mit Blitzen.

Auffällig war auch: In den Jahren, in denen die solare Aktivität insgesamt sehr hoch war, traten die monatlichen Peaks in der Blitzhäufigkeit besonders stark hervor. „Die Signale der solaren Rotationsperiode waren signifikant, wenn die Sonnenflecken-Aktivität hoch war“, berichten die Forscher.

Demnach reichen schon vergleichsweise subtile Schwankungen des Sonnenwinds aus, um hier bei uns auf der Erde das Wetter zu beeinflussen. „Unsere Ergebnisse bestätigen, dass das Signal der solaren Rotationsperiode in der Gewitterhäufigkeit bis ins 18. Jahrhundert zurückreicht“, so Miyahara und seine Kollegen. „Und sie demonstrieren, dass die Intensität dieses zyklischen Signals vom Ausmaß der Sonnenflecken-Aktivität abhängt.“

(Annales Geophysicae, 2018; doi: 10.5194/angeo-36-633-2018 & scinexx)