Sonnensturm

Magnetischer Sturm / Sonnensturm

Als magnetischen Sturm bezeichnet man eine Störung der Magnetosphäre eines Planeten bzw. speziell der Erde(geomagnetischer Sturm).

Definition und Entstehung

Ein Erdmagnetsturm wird definiert durch die von ihm verursachten Änderungen des Erdmagnetfelds, gemessen in der Einheit Tesla ([T]). Zur Klassifizierung wird u. a. der DST-Index (disturbance storm time) herangezogen, der die global gemittelte Abschwächung des horizontalen Erdmagnetfelds anhand von Messungen einiger weltweit verteilter Messstationen angibt. Dieser Wert wird stündlich ermittelt und steht in nahezu Echtzeit zur Verfügung.[1] Es gibt viele Einflüsse auf das Magnetfeld, daher sind Schwankungen um ±20 nT normal. Zum Vergleich: In Mitteleuropa beträgt die horizontale Komponente des normalen Erdmagnetfelds ca. 20 µT, also 20.000 nT.

Ein geomagnetischer Sturm wird typischerweise in drei Phasen unterteilt. Die Anfangsphase zeichnet sich durch eine Schwächung des Magnetfelds um etwa 20-50 nT innerhalb einiger Dutzend Minuten aus. Nicht jedem Sturmereignis geht eine solche Anfangsphase voraus und umgekehrt folgt auch nicht jeder derartigen Störung des Magnetfelds ein Magnetsturm. Die eigentliche Sturmphase beginnt, wenn die Störung größer als 50 nT wird, wobei es sich um eine willkürlich gezogene Grenze handelt. Im Laufe eines typischen Magnetsturms wächst die Störung weiter an. Die Stärke eines Erdmagnetsturms wird als moderat bezeichnet, wenn die maximale Störung weniger als 100 nT beträgt, intensiv, wenn die Störung 250 nT nicht überschreitet und ansonsten als Supersturm. Nur selten wird eine maximale Abschwächung von etwa 650 nT überschritten, was etwa drei Prozent des Normalwerts entspricht. Die Phase dauert einige wenige Stunden und endet, sobald die Stärke der Störung sinkt, also das Erdmagnetfeld wieder beginnt zu seiner typischen Stärke anzuwachsen. Diese Erholungsphase endet mit dem Erreichen des Normalwerts und kann zwischen 8 Stunden und einer Woche dauern.

Die Störung wird ausgelöst von Schockwellenfronten des Sonnenwinds, die durch Sonneneruptionen oderkoronale Massenauswürfe (KMA) entstehen und etwa 24 bis 36 Stunden benötigen, um die Erde zu erreichen. Sie dauert etwa 24 bis 48 Stunden an, in Einzelfällen mehrere Tage – in Abhängigkeit von der Störungsursache auf derSonne. Das Auftreffen der Schockfront, bestehend aus elektrisch geladenen Teilchen, auf die Magnetosphäre führt zu einer Abschwächung des Erdmagnetfeldes, das nach etwa zwölf Stunden sein Minimum erreicht.

Auswirkungen

Sonnensturm 1
BildFred Fieberg

Zeitliche Schwankungen des Erdmagnetfeldes durch einen magnetischen Sturm am 31. März 2001, gemessen inIle-Ife, Nigeria. Auf der Abszisse ist die Zeit in Minuten (GMT) aufgetragen, auf den Ordinaten die Magnetfeldstärke in Nanotesla [nT] (Minutenmittel). Die grüne Kurve zeigt den sq-Gang (ohne magnetischen Sturm) in Ile-Ife an.

Magnetische Stürme können vielfältige Auswirkungen haben, wobei die bekannteste das Auftreten von Polarlichtern(Aurora borealis oder Aurora australis) in gemäßigten Zonen wie z. B. Mitteleuropa ist.

Zunächst beeinflussen Magnetstürme das Erdmagnetfeld, und dieses wiederum die Ausbildung des Van-Allen-Gürtels. Damit sind bei besonders starken Magnetstürmen alle Lebewesen besonders in den Polregionen, weil dort das Erdmagnetfeld generell weniger schützt, einer erhöhten kosmischen Strahlung ausgesetzt.

Unter anderem durch vorübergehende Änderungen in der Ionosphäre können zeitweilig Funkübertragungen (z. B.Rundfunk oder Mobilfunk) gestört werden. In langgestreckten elektrischen Leitern wie z. B. Überlandleitungen undPipelines können Ströme von teils beachtlicher Stärke induziert werden, die zu dauerhaften Schäden führen können.

Bevor die Schockwellenfront auf die Erde trifft, also bevor man eigentlich von einem Magnetsturm reden kann, kann sie schon Schäden an Satelliten verursachen. Das ist neben den direkten Schäden durch Strominduktion wie auf der Erdoberfläche auch noch auf eine andere, indirektere Weise möglich: Die Schockwelle kann zu einer lokalen Aufheizung und damit einer Verformung der oberen Erdatmosphäre führen, was in einem erhöhten Luftwiderstandfür Satelliten in niedrigen Orbits (Low Earth Orbit, LEO) resultieren kann. Bahnänderungen oder erhöhter Treibstoffverbrauch sind dann die Folge. Insgesamt, so schätzte die europäische Weltraumorganisation ESA, entstand in den letzten Jahren allein wegen Ausfalls von Satelliten ein Schaden von mehr als 500 Millionen Dollar.

Die Auswirkungen eines Sonnensturms wie dem von 1859 (siehe Abschnitt „Geschichte“) wären heute verheerend. Denn zur damaligen Zeit gab es weder Internet, noch war die Welt so global vernetzt wie heute und abhängig von der Stromversorgung.

Geschichte

Magnetische Stürme wurden bereits im frühen 19. Jahrhundert beobachtet. Alexander von Humboldt untersuchte von Mai 1806 bis Juni 1807 die Variationen der Richtung, in die ein magnetischer Kompass in Berlin wies. Er registrierte am 21. Dezember 1806 starke Störungen und konnte in der folgenden Nacht Polarlichter sehen; am nächsten Morgen waren die Störungen vorbei. Weitere magnetische Stürme:

  • 1859 wurde in der Nacht vom 1. zum 2. September der bisher mächtigste Sonnensturm registriert. Er führte zu Polarlichtern, die selbst in Rom, Havanna und Hawaii beobachtet werden konnten.[2] In den höheren Breiten Nordeuropas und Nordamerikas schossen Starkströme durch Telegrafenleitungen, diese schlugen Funken, Papiere fingen Feuer und das gerade weltweit installierte Telegrafennetz wurde massiv beeinträchtigt. Eiskernuntersuchungen zeigen, dass ein Ereignis dieser Stärke im statistischen Mittel alle 500 Jahre auftritt.
  • 1921 erzeugte ein großer Sonnensturm in Überlandleitungen Ströme, die zehnmal so stark waren wie bei dem folgenden Ereignis im März 1989.[3]
  • 1989 führte ein heftiger Sturm in Québec zu einer Überlastung des Stromnetzes und verursachte einen 9-stündigen Stromausfall in der Region um Montreal. Dieser verursachte ein Chaos, weil Verkehrsleitsysteme, Flughäfen sowie die Fernwärmeversorgung ausfielen. Sechs Millionen Menschen waren betroffen. Der ermittelte DST-Index betrug -589 nT.
  • Am 14. Juli 2000 wurde ein Klasse X5-Flare auf der Sonne beobachtet, dessen koronaler Massenauswurf direkt auf die Erde gerichtet war. Nach Eintreffen der Schockfront auf der Erde wurde zwischen dem 15. und 17. Juli ein Supersturm gemessen mit einer maximalen Störung von -301 nT. Technische Ausfälle wurden keine bekannt.[4]
  • Zwischen dem 19. Oktober und dem 5. November 2003 wurden siebzehn größere Flares beobachtet, darunter einer der bisher stärksten beobachteten Flares überhaupt: ein Klasse X28-Flare,[5] der am 4. November zu sehr starken Störungen des Funkverkehrs führte. In der Folge trafen mehrere koronale Massenauswürfe (KMA) die Erde, die zu sich zeitlich überlappenden Magnetstürmen mit maximalen DST-Werten von -383 nT, -353 nT und -151 nT führten. In diesem Zeitraum fiel im schwedischen Malmö das gesamte regionale Stromnetz aus, Luftkorridore in Nord-Kanada wurden für Passagierflugzeuge geschlossen (weil die technischen Anlagen für die Luftüberwachung für 30 Stunden ausgefallen waren) und Signale der Satelliten- und Navigationssysteme setzten zeitweise aus. Nach japanischen Angaben war die Partikelwolke 13-mal so groß wie die Erde und mit 1,6 Mio. km/h unterwegs. Bis in tropische Regionen waren Polarlichter zu sehen.[6]

Auswirkungen von Sonnenstürmen auf die Erde

Die Erde hat einen natürlichen Schutzmechanismus gegen Sonnenstürme: ihr Magnetfeld. Normale Sonnenwinde werden durch das Magnetfeld von der Erde abgehalten.

Bei großen Sonnenstürmen dagegen ist das Magnetfeld der Erde zu schwach. Es wird durch die elektrisch geladenen Teile der Sonne zusammen gedrückt. Die Teilchen der Sonne kollidieren mit Atomen und Molekülen der Erdatmosphäre. Dabei entstehen riesige Kräfte, die wiederum heftige Überschläge im Stromnetz induzieren können und dessen Ausfall zu Folge haben. Die starken Stromspitzen, die in den Überlandleitungen entstehen, werden auch als “geomagnetisch induzierte Ströme” (kurz GICs) bezeichnet.

Die deutschen Stromversorger halten sich bedeckt, ob und wie sie den Gefahren eines Sonnensturms begegnen wollen. Nach Informationen des Spiegels (August 2009) bezeichnete RWE das Weltraumwetter als “höhere Gewalt”, Vattenfall Deutschland verwies auf Blitzableiter in den Umspannwerken (die gegen GICs nichts ausrichten können) und E.on stufte die (reale) Gefahr als Esoterik ein.

Die Plasmateilchen der Sonnenstürme treten vor allem an den Polen der Erde ein und verursachen dort die bekannten Polarlichter.

Es gibt einen Zusammenhang zwischen der Zahl der Sonnenflecken und historischen Ereignissen auf der Erde. Diversen Studien und Arbeiten haben nachgewiesen, dass historische Ereignisse vermehrt dann statt fanden, wenn es eine hohe Zahl an Sonnenflecken gab.

Sonnensturm 2
Ein gutes NASA-Video über Sonnenstürme. Es wird dargestellt in welche Kategorien
die Sonnenstürme eingeteilt werden und welche Folgen sie für unseren Planeten haben:

Auswirkungen der Sonne auf den Menschen

Laut Dieter Broers bestehen Zusammenhänge zwischen den Intensitäten und Schwankungen des Erdmagnetfelds und den Stimmungs- und Bewusstseinslagen der Menschen . Da das Erdmagnetfeld wiederum von der Aktivität der Sonne beeinflusst wird, kann man die These aufstellen, dass die Sonne Einfluss auf den Menschen hat.
Laut Broers folgt alles in uns einem äußerlichen Taktgeber der unsere körpereigenen Schwingungen zu synchronisieren scheint. So beeinflusst die Sonne beispielsweise nicht nur Selbstmordraten, sondern kann auch positive Wirkungen auf den Menschen haben. Die Erdmagnetfeldschwankung können nämlich bewusstseinserweiternd wirken.

Auch auf die menschliche Gesamtheit hat die Sonne Einfluss:
Nach belegen die Autoren Adrian Gilbert und Maurice Cotterell Zusammenhänge zwischen dem Auf- und Untergang von Weltreichen und entsprechenden Sonnenzyklen. Vom Babylonischen bis zum Römischen Reich, bis in die Epoche der Maya-Kultur.

Weitere Auswirkungen der Sonne auf den Menschen:
Winterdepression können mit dem im Winter fehlenden Sonnenlicht zusammenhängen.

Die Aussagen  von  Dieter Broers sind jedoch sehr vage und nicht Wissenschaftlich.

Sonnenaktivität seit 1820 bis heute (Sonnenflecken)

Sonnensturm 3

Sonnenaktivität der letzten 400 Jahre

Sonnensturm 4

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