Was ist ein Sonnenwind und wie beeinflusst er die Erde?

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Was ist ein Sonnenwind/Sturm
Was ist ein Sonnenwind/Sturm

Der Sonnenwind ist ein Teilchenstrom, der mit etwa einer Million Meilen pro Stunde von der Sonne kommt und sich durch das gesamte Sonnensystem bewegt. Der Sonnenwind wurde erstmals in den 1950er Jahren von dem Physiker Eugene Parker von der University of Chicago beschrieben und ist während einer Sonnenfinsternis als Halo um die Sonne und manchmal, wenn die Partikel auf die Erdatmosphäre treffen, als Polarlicht sichtbar.

Während der Sonnenwind die Erde vor anderen schädlichen Teilchen aus dem Weltraum schützt, können Stürme auch unsere Satelliten- und Kommunikationsnetze bedrohen.

Was ist ein Sonnenwind?

Die Oberfläche der Sonne ist mit 3300 Grad glühend heiß, aber ihre Atmosphäre, die Korona, ist mehr als tausendmal heißer. Sie ist auch unglaublich aktiv; diese Fackeln und Schleifen sind der Halo, den du bei einer Sonnenfinsternis um die Sonne siehst.

Die Korona ist so heiß, dass die Schwerkraft der Sonne sie nicht halten kann, so dass Partikel in den Weltraum geschleudert werden und sich durch das gesamte Sonnensystem in alle Richtungen bewegen. Wenn die Sonne sich dreht, brennt und rülpst, entstehen komplexe Wirbel und Strudel von Teilchen. Diese Teilchen, hauptsächlich Protonen und Elektronen, bewegen sich mit etwa einer 1,6 Millionen Kilometer pro Stunde an der Erde vorbei.

Dieser Teilchenstrom, der “Sonnenwind” genannt wird, hat einen enormen Einfluss auf unser Leben. Er schützt uns vor kosmischer Strahlung aus anderen Teilen der Galaxie, aber die Auswirkungen von Stürmen auf der Sonnenoberfläche können auch unsere Telekommunikationsnetze beeinträchtigen. Der Wind würde auch eine Gefahr für Astronauten darstellen, die durch den Weltraum reisen, daher möchte die NASA seine Eigenschaften besser verstehen.

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Die Wissenschaft, die hinter den Vorgängen auf der Sonnenoberfläche steckt, ist enorm komplex; lies mehr darüber bei der NASA.

Wie wurde der Sonnenwind entdeckt?

1957 war Eugene Parker Assistenzprofessor an der Universität von Chicago, als er begann, eine offene Frage der Astrophysik zu untersuchen: Kommen Teilchen von der Sonne? Ein solches Phänomen schien unwahrscheinlich; die Erdatmosphäre strömt nicht in den Weltraum hinaus, und viele Experten nahmen an, dass dies auch für die Sonne gelten würde. Aber Wissenschaftler hatten ein seltsames Phänomen beobachtet: Die Schweife von Kometen, egal in welche Richtung sie flogen, zeigten immer von der Sonne weg – fast so, als ob etwas sie wegblasen würde.

Parker begann zu rechnen. Er rechnete aus, dass es bei einer Million Grad in der Korona der Sonne einen Partikelstrom geben musste, der sich von der Oberfläche der Sonne weg ausbreitete und schließlich extrem schnell wurde – schneller als die Schallgeschwindigkeit. Später nannte er dieses Phänomen den “Sonnenwind”.

Und das ist das Ende der Geschichte, nur dass es das nicht ist, denn die Leute sagten sofort: “Das glaube ich nicht””, so Parker.

Er schrieb einen Artikel und reichte ihn beim Astrophysical Journal ein; die Reaktion der wissenschaftlichen Gutachter war schnell und vernichtend.

“Ihr müsst verstehen, wie unglaublich das klang, als er es vorschlug”, sagte Fausto Cattaneo, Professor für Astronomie und Astrophysik an der UChicago University. “Dass dieser Wind nicht nur existiert, sondern sich auch noch mit Überschallgeschwindigkeit bewegt! Es ist außerordentlich schwierig, etwas im Labor auf Überschallgeschwindigkeit zu beschleunigen, und es gibt keine Möglichkeit, es anzutreiben.”

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Glücklicherweise war der Herausgeber der Zeitschrift damals der renommierte Astrophysiker Subrahmanyan Chandrasekhar, Parkers Kollege an der Universität von Chicago. Auch Chandrasekhar gefiel die Idee nicht, aber der spätere Nobelpreisträger konnte nichts Falsches an Parkers Berechnungen finden, also überstimmte er die Gutachter und veröffentlichte die Arbeit.

Nur drei Jahre später, als die NASA-Raumsonde Mariner II auf ihrer Reise zur Venus im Jahr 1962 Messungen durchführte, waren die Ergebnisse eindeutig. “Da war der Sonnenwind, der rund um die Uhr wehte”, sagte Parker.

Wie wirkt sich der Sonnenwind auf uns aus?

Diese bahnbrechende Entdeckung veränderte unser Bild vom Weltraum und dem Sonnensystem. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erkannten, dass der Sonnenwind nicht nur an der Erde vorbeifließt, sondern durch das gesamte Sonnensystem und darüber hinaus. Er schützt und bedroht uns zugleich.

“Der Sonnenwind umhüllt das Sonnensystem magnetisch und schützt das Leben auf der Erde vor noch energiereicheren Teilchen, die aus anderen Teilen der Galaxie kommen”, erklärt die Astrophysikerin Angela Olinto von der UChicago University. “Aber sie beeinflusst auch die hochentwickelte Satellitenkommunikation, die wir heute haben. Die genaue Struktur, Dynamik und Entwicklung des Sonnenwindes zu verstehen, ist also für die gesamte Zivilisation von entscheidender Bedeutung.”

Normalerweise schirmt uns das Magnetfeld der Erde von den meisten dieser Teilchen ab. Aber manchmal “rülpst” die Sonne und schleudert eine Milliarde Tonnen Material mit einer Geschwindigkeit von mehreren tausend Kilometern pro Sekunde ins All. Diese werden koronale Massenauswürfe genannt – und wenn ein großer davon die Erde trifft, könnte die Schockwelle Chaos und Schäden an unseren Kommunikationssystemen verursachen. “Sie kann das Magnetfeld, das die Erde umgibt, wie eine angeschlagene Glocke zum Klingen bringen”, sagt Prof. Justin Kasper, ein ehemaliger Student und Physiker an der University of Michigan. Ein solches Szenario würde alle Arten von Störungen verursachen: Flugzeuge würden den Funkverkehr verlieren, das GPS würde um bis zu mehrere Kilometer abweichen und Bank-, Kommunikations- und elektronische Systeme könnten ausfallen.

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Das ist tatsächlich schon einmal passiert: Im Jahr 1859 legte eine gigantische Sonneneruption, die als Carrington-Ereignis bekannt wurde, die Telegrafen- und Stromsysteme für Tage lahm. Das Polarlicht war so stark, dass die Menschen berichteten, dass sie selbst um 1 Uhr morgens noch eine Zeitung in seinem Licht lesen konnten. “Über dem Horizont des Nordens lag ein grässlicher Glanz, aus dem phantastische Lichttürme emporschossen, und ein rosiges Glühen erstreckte sich wie ein mit Feuer gefärbter Dunst bis zum Zenit”, schrieb der Cincinnati Daily Commercial.

Aber 1859 waren wir noch nicht so sehr auf die Elektronik angewiesen wie heute. Eine Studie von Lloyd’s of London aus dem Jahr 2013 schätzt, dass ein ähnlicher Sturm, der heute auf die Erde trifft, allein in den USA bis zu 2,6 Billionen Dollar Schaden anrichten und weit verbreitete Stromausfälle und Schäden an den Stromnetzen verursachen würde.

Es gibt einige Vorsichtsmaßnahmen, die wir ergreifen könnten, wenn wir vorher Bescheid wüssten, deshalb wollen Ingenieure wissen, wann ein Sonnensturm aufzieht. Glücklicherweise machen mehrere Raumsonden, die die Sonne umkreisen, Bilder und senden sie zur Erde, damit die NASA Ausbrüche überwachen kann. Aber um diese Bilder zu analysieren, muss sich eine Eruption erst auf der Sonnenoberfläche zeigen, was nur Minuten oder Stunden vorhersehbar ist. Bis jetzt gibt es noch keine Möglichkeit, solche Eruptionen vorherzusagen, bevor sie stattfinden.