Wissenschaftler sind der besseren Vorhersage von Sonnenstürmen einen Schritt näher gekommen

Einfach ausgedrückt: Ein Sonnensturm verändert gewissermaßen vorübergehend das „Muster“ der Teilchen, die auf unseren Planeten zusteuern. Wenn man lernt, diese Spur zu deuten, kann man besser verstehen, was im Inneren des Sturms selbst vor sich geht und wie gefährlich er für die Erde sein kann.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Die Wissenschaftler nutzten Daten des chinesischen Observatoriums LHAASO, eines der weltweit größten Detektoren für kosmische Strahlung.

Was ist ein Sonnensturm?

Ein Sonnensturm ist nicht einfach nur ein heller Ausbruch auf der Sonne. Manchmal schleudert die Sonne eine riesige Wolke aus glühendem Plasma mit einem Magnetfeld ins All. Solche Auswürfe werden als koronale Massenauswürfe bezeichnet.

Wenn eine solche Wolke in Richtung Erde fliegt, kann sie einen geomagnetischen Sturm auslösen. Dieser stellt für den Menschen auf der Erdoberfläche keine direkte Gefahr dar, kann jedoch technische Systeme beeinträchtigen: Satelliten, Funkverbindungen, Navigation, GPS/GNSS und Stromnetze.

Daher ist es für Wissenschaftler wichtig, nicht nur zu erkennen, dass auf der Sonne eine Eruption stattgefunden hat, sondern auch zu verstehen, was genau auf die Erde zusteuert: Wie stark das Magnetfeld dieser Wolke ist, wie sie aufgebaut ist und welche Folgen sie haben kann.

Was haben kosmische Strahlen damit zu tun?

Kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen Teilchen, die aus dem Weltraum auf die Erde treffen. Sie prallen ständig auf die oberen Schichten der Atmosphäre und erzeugen Kaskaden weiterer Teilchen. Diese lassen sich mit speziellen Detektoren registrieren.

Bislang wussten Wissenschaftler, dass Sonnenstürme vergleichsweise weniger energiereiche kosmische Strahlung beeinflussen können. Es wurde jedoch angenommen, dass Teilchen mit sehr hoher Energie die magnetischen Strukturen von Sonnenstürmen nahezu ungehindert durchdringen müssten.

Eine neue Studie hat gezeigt: Das ist nicht immer der Fall. Selbst sehr energiereiche kosmische Strahlung kann einen Sonnensturm leicht „spüren“. Nicht so, dass sie vollständig verschwindet, aber ihr Fluss wird etwas ungleichmäßig.

Was die Wissenschaftler festgestellt haben

Das Team untersuchte einen Sonnensturm, der am 4. November 2021 in der Nähe der Erde vorbeizog. Dazu nutzten sie Daten der LHAASO-Observatorium in China.

LHAASO registriert Hunderte Millionen kosmischer Strahlen pro Stunde. Die Wissenschaftler betrachteten nicht nur die Gesamtzahl der Teilchen, sondern auch, aus welchen Richtungen diese eintrafen. Dies ist wichtig: Normale atmosphärische Veränderungen können den Gesamtstrom verzerren, sollten jedoch keine anhaltende „Verzerrung“ in der Richtung verursachen.

Und genau eine solche Abweichung wurde festgestellt. Über mehrere Stunden hinweg trafen aus einem bestimmten Teil des Himmels weniger kosmische Strahlen ein als gewöhnlich. Die Autoren führten dies darauf zurück, dass die Vorderkante des Sonnensturms einen Bereich starker magnetischer Turbulenzen enthielt. Diese streute einen Teil der kosmischen Strahlung ab und hinterließ eine deutliche Spur in den Daten.

Einfach ausgedrückt

Stellen Sie sich vor, dass ständig ein „Regen“ aus kosmischen Teilchen auf die Erde herabfällt. Normalerweise kommt er fast gleichmäßig aus allen Richtungen.

Wenn jedoch ein Sonnensturm zwischen der Erde und dem Weltraum vorbeizieht, verändert er diesen „Regen“ gewissermaßen ein wenig. In einer Richtung gibt es weniger Teilchen. Das ähnelt einem Schatten, den der Sturm im Strom der kosmischen Strahlung hinterlässt.

Genau diesen „Schatten“ haben Wissenschaftler mittlerweile zu erkennen gelernt.

Warum dies bei der Vorhersage helfen kann

Heute werden Sonnenstürme mithilfe von Weltraumsonden und Sonnenbeobachtungen verfolgt. Doch diese Methode hat eine Einschränkung: Ein Satellit misst die Bedingungen nur an dem Punkt, an dem er sich gerade befindet.

Kosmische Strahlung kann ein umfassenderes Bild liefern. Sie durchquert große Bereiche des Weltraums, sodass man anhand ihrer Veränderungen erkennen kann, was nicht nur an einem einzelnen Punkt, sondern in einem größeren Teil des Sonnensturms vor sich geht.

Sollten sich solche Beobachtungen bei anderen Ereignissen bestätigen, könnten kosmische Strahlen zu einem zusätzlichen Warninstrument werden. Dies wird die Satelliten zwar nicht ersetzen, kann sie jedoch ergänzen und dazu beitragen, die Struktur eines gefährlichen Sturms früher einzuschätzen. In dem Artikel selbst schreiben die Autoren, dass diese Beobachtung die Möglichkeit eröffnet, interplanetare magnetische Strukturen mithilfe von Detektorarrays für kosmische Strahlung auf der ganzen Welt zu untersuchen.

Warum dies für die Erde wichtig ist

Starke Sonnenstürme können den Betrieb von Technologien stören, von denen das moderne Leben abhängt. Die NOAA warnt davor, dass koronale Massenauswürfe geomagnetische Stürme auslösen, die Funktionsweise von GPS/GNSS, Funkverbindungen und Satelliten beeinträchtigen und sogar zusätzliche Ströme in Stromnetzen erzeugen können.

Daher besteht die Aufgabe der Wissenschaftler nicht nur darin, zu wissen, dass „ein Sturm kommen wird“, sondern zu verstehen, wie er aussehen wird. Ein Sturm kann fast unbemerkt vorüberziehen, während ein anderer schwerwiegende Probleme für Satelliten und die Infrastruktur verursachen kann.

Die neue Methode kann genau dabei helfen: die innere magnetische Struktur eines auf die Erde zubewegenden Sturms besser zu erkennen.

Hintergrund

Die Sonnenaktivität ist derzeit besonders wichtig, da die Menschheit zunehmend von Satelliten, Navigationssystemen, Kommunikationsnetzen und der Energieinfrastruktur abhängig ist. Je mehr solcher Systeme es gibt, desto wichtiger ist es, im Voraus zu verstehen, wie sich das Weltraumwetter auf sie auswirken kann.

Die Beobachtungen von LHAASO zeigen, dass selbst sehr energiereiche kosmische Teilchen als eine Art „Scanner“ für Sonnenstürme fungieren können. Damit sind kosmische Strahlen nicht nur ein Gegenstand der Astrophysik, sondern auch ein potenzielles Instrument zum Schutz irdischer Technologien.

Quelle

Studie: Zhen Cao et al., „Transient Large-Scale Anisotropy in TeV Cosmic Rays due to an Interplanetary Coronal Mass Ejection“, Physical Review Letters, 2026. DOI: 10.1103/mkk2-hbq5. Ein Preprint ist ebenfalls auf arXiv verfügbar.