Das Weltraumwetter und seine Auswirkungen
Bislang schien „Wetter“ – der Zustand der Luft an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit – eine höchst irdische Angelegenheit zu sein. Doch die vom Cluster-Quartett und anderen Satelliten gewonnenen Forschungsergebnisse belegen zweifelsfrei, dass die Strahlung aus dem All das Klima auf der Erde beeinflusst. Und zwar sogar stärker, als viele Experten bisher dachten. Das neue Phänomen wird umschrieben mit dem friedvoll klingenden Namen „Weltraumwetter“.
Einwirkungen auf Magnetosphäre und Ionosphäre
Das Weltraumwetter wird durch die kosmische Strahlung unseres Zentralgestirns oder die anderer Sterne verursacht. Es führt in der Magnetosphäre und Ionosphäre der Erde zu Wechselwirkungen mit den dort vorhandenen Feldern und geladenen Teilchen.
Wenn die Sonne auf Sturm steht, bedrohen solare Teilchenlawinen das Leben auf der Erde. Dann kommt den trichterförmigen Gebieten der Magnetosphäre um die beiden Pole herum eine besondere Bedeutung zu. Trotz des Schutzes schaffen es die geladenen Teilchen des Sonnenwinds dort immer wieder, in die tieferen Schichten der Atmosphäre zu gelangen. Das führt zu einer Fülle höchst komplizierter elektrodynamischer Erscheinungen. Felder und Teilchen dringen sogar bis in die Lufthülle vor und verursachen nicht nur farbenprächtige Naturschauspiele, wie beispielsweise Polarlichter. Die Vorgänge sind sehr kompliziert und noch nicht bis ins Einzelne verstanden.
Außerirdisches Wetter ist Weltraumwetter
Unter dem Begriff Weltraumwetter fallen alle außerirdischen Ereignisse, die sich auf das irdische Leben auswirken. Es beeinflusst nicht nur die Funktionstüchtigkeit technischer Systeme im Weltraum und auf der Erde, sondern kann auch Gesundheit und Leben von Menschen gefährden.
Die Auswirkungen sind vielfältig. Sie reichen von Elektronikpannen, Unterbrechungen im Nachrichten- und Navigationsverkehr, Stromausfällen in der Energieversorgung bis hin zu Störungen im Bahnverkehr. Weltraumwetter stört den Handyempfang, macht Satelliten unbrauchbar, gefährdet Raumfahrer und Flugzeugbesatzungen, bringt Stromleitungen und Flugzeugelektronik aus dem Takt, lässt Öl- und Gaspipelines korrodieren, Trafostationen explodieren und vieles mehr. Die meisten Auswirkungen sind wissenschaftlich bewiesen, an anderen wird noch geforscht. Weltraumwetter ist eben weit mehr als die bekannte eindrucksvolle Erscheinung der Polarlichter.
Stürme aus dem All
Unsere Sonne emittiert elektromagnetische Strahlen und energiereiche Teilchenstrahlen, wie den mit Protonen, Elektronen und ionisierten Atomen beladenen Sonnenwind sowie die solare kosmische Strahlung. Während die elektromagnetische und die kosmische Strahlung unseren Heimatplaneten in acht Minuten erreichen, treffen die Bestandteile des Sonnenwindes erst nach Tagen ein.
Die zweite Quelle, aus der das Weltraumwetter gespeist wird, ist die galaktische kosmische Strahlung. Sie stammt von den Sternen unserer Heimatgalaxis – der Milchstraße – und besteht ebenfalls aus Atomkernen, Protonen und Elektronen. Sie wird auf ihrem langen Weg bis zur Erde nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und besitzt deshalb hohe Energien. Dadurch kann sie bis zur Erdoberfläche vordringen, aber auch Materialien verschiedenster Art durchdringen. Sie stellt daher auch eine Gefahr für die Raumflugbesatzungen dar. Wenn die galaktische kosmische Strahlung mit Teilchen der Erdatmosphäre zusammenstößt, entstehen neue Teilchen, die sogenannte sekundäre kosmische Strahlung. Sie hat besondere Bedeutung für die Luftfahrt, da die Flugzeugbesatzungen hier den Gefahren erhöhter Strahlenbelastung ausgesetzt sind.
Gefahren für die Erde
Unsere moderne Welt bedient sich immer mehr technischer Systeme, die das Leben erleichtern sollen. Doch diese Systeme sind gegen die Strahlung aus dem All nicht immer immun.
Das Cluster-Quartett hat bereits nachgewiesen, dass das Erdmagnetfeld bei solaren Störungen aufbricht. Dabei können Protonen in den Erdraum eindringen und Strahlenschädigungen von elektronischen Bauteilen in tief fliegenden Satelliten verursachen, die nicht selten zum Totalverlust führen. Auch Passagiere in Verkehrsflugzeugen auf polaren Routen müssen mit einer erheblichen Strahlenbelastung rechnen.
Bei dem schwersten kosmischen Sturm des 20. Jahrhunderts, am 13./14. März 1989 verloren die USA vier Satelliten. Es kam zur Selbstabschaltung eines Kraftwerks und den anschließenden neunstündigen Zusammenbruch des gesamten Stromnetzes in Quebec (Kanada), zum Ausfall einer Chip-Produktionsstätte in den USA sowie zu heftigen Spannungsschwankungen in Unterseekabeln des Atlantiks und Pazifiks. Selbst in Deutschland führte das Weltraumwetter am 29. Oktober 2003 zu einer Störung von GPS-Referenzdiensten.
Gravierende Auswirkungen können in anderen elektrischen Systemen durchaus zu Katastrophen führen. So wurden in Schweden durch Weltraumwettereffekte bedingte Fehlfunktionen von Eisenbahnsignalen beobachtet. Elektronische Bauelemente sind aus der technisierten Welt nicht mehr wegzudenken. Teilchenschauer der galaktischen kosmischen Strahlung erzeugen in den zunehmend miniaturisierten Chips sogenannte Soft Errors. So zeigten Speicherchips nach Untersuchungen von IBM eine 13fach höhere Fehlerrate in 3100 Meter Höhe als auf Meeresspiegelniveau. Und wer Elektronik an den Polen betreibt, ist ebenfalls wesentlich stärker betroffen, als am Äquator. Fehlfunktionen elektronischer Systeme durch Einwirkung des Weltraumwetters führten auch in der Raumfahrt zu Störungen beziehungsweise zum Totalausfall von Satelliten. So erwischte es 1994 den kanadischen Satelliten ANIK und 1997 Telstar 401.
Die aufgezeigten Risiken sind nur ein Teil des Gesamtproblems, das erst in den letzten Jahren in seiner gesamten Tragweite erkannt wurde. Betroffen sind im Prinzip alle hochtechnisierten Teile einer Gesellschaft, wie die Telekommunikation, die Gas- und Ölindustrie, Energieversorgung oder das Verkehrswesen.
Quellen:
https://www.esa.int/
https://www.spektrum.de/news/sonnenstuerme-warnschuss-vor-dem-naechsten-supersturm/1308926
https://masterclass.icecube.wisc.edu/de/icetop/die-messung-kosmischer-strahlung
https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Sturm
