Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass extreme Sonnenstürme doppelt so starke geomagnetische Reaktionen auf der Erde auslösen können wie bisher angenommen.
Starke Sonnenstürme gehören zu den faszinierendsten und zugleich gefährlichsten Naturphänomenen, die unseren Planeten treffen können. Wenn sie die Erde erreichen, zaubern sie oft spektakuläre Polarlichter an den Nachthimmel, bergen jedoch gleichzeitig ein massives Zerstörungspotenzial für Stromnetze, Satellitenverbindungen, die Telekommunikation und GPS-Systeme, wie das Fachmagazin GameStar Tech berichtet. Bislang ging die Forschung davon aus, dass die geomagnetische Reaktion unseres Planeten bei extremen Werten eine natürliche Obergrenze erreicht. Doch eine neue Untersuchung räumt mit dieser sogenannten Sättigung auf und zeigt, dass die Bedrohung durch extreme Sonnenwinde bislang unterschätzt worden sein könnte.
Der angebliche Schwellenwert und die Statistik der Messfehler
Um die Stärke des Sonnenwindes zu bestimmen, nutzen Wissenschaftler seit Jahrzehnten primär Satelliten, die am Lagrange-Punkt L1 rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt positioniert sind. Doch die dort gemessenen Werte entsprechen nicht exakt den Bedingungen in jener Region, in der das Sonnenplasma schlussendlich auf die irdische Magnetosphäre trifft. Auf dem Weg dorthin verändert sich das Plasma, und auch der genaue Zeitpunkt des Eintreffens schwankt, was eine zeitliche und räumliche Unschärfe erzeugt.
Photo: earth.com
Genau an diesem Punkt greift ein bekannter statistischer Effekt: die Regression zum Mittelwert. Wenn an der Messstation L1 ein extrem hoher Wert registriert wird, liegt der tatsächliche Wert des Sonnenwindes beim Auftreffen auf die Erde im statistischen Mittel oft näher am Durchschnitt. Wenn Forschende diese extremen L1-Messwerte nun direkt mit der Erdreaktion vergleichen, entsteht der falsche Eindruck, dass die Magnetosphäre ab einer gewissen Windstärke nicht mehr proportional reagiert.
Forschungsarbeit von NASA und Lancaster University korrigiert das Bild
Um diese Hypothese zu überprüfen, entwickelte ein Forschungsteam um Dr. Nithin Sivadas vom NASA Goddard Space Flight Center und Dr. Maria Walach von der Lancaster University ein statistisches Fehlermodell. Die Wissenschaftler stützten sich dabei auf mehr als 25 Jahre beziehungsweise über eine Million Messungen, die von erdnahen Raumsonden kurz vor dem Eintritt in die Magnetosphäre aufgezeichnet wurden.
Durch die mathematische Korrektur der Messfehler verschwand die vermeintliche Sättigung in den Daten fast vollständig. Bis zu einem untersuchten Sonnenwind-Antrieb von rund 15 Millivolt pro Meter zeigt sich nun eine annähernd lineare Beziehung zwischen dem Sonnenwind und der geomagnetischen Reaktion.
„We usually assume the truth may be around its measurement. But probability theory says it leans one way. That’s why space weather risks appear underestimated.“
Dr. Nithin Sivadas, NASA Goddard Space Flight Center
Gefahrenpotential eines neuen Carrington-Ereignisses
Die Erkenntnisse haben erhebliche Konsequenzen für die Risikobewertung künftiger Weltraumwetter-Ereignisse. Wenn die geomagnetische Reaktion unseres Planeten bei extremen Werten linear weiterwächst, könnte ein historisches Extremereignis wie das berühmte Carrington-Ereignis von 1859 verheerendere Folgen haben als bisher berechnet. Damals kollabierten Telegrafennetze in aller Welt, und Polarlichter leuchteten bis nach Kuba. Rechnet man die aktuellen Modelle probeweise bis zu einer Sonnenwindstärke von rund 25 Millivolt pro Meter weiter, könnte die irdische Reaktion etwa doppelt so stark ausfallen wie in Modellen, die von einer Sättigung ausgehen.
Photo: gamestar.de
„Our planet’s magnetic field does a really great job of protecting us against many space weather effects and so they often just show up as glitches or beautiful aurora. There are however extreme cases, where satellites unexpectedly fall back to Earth, or we lose communication and GPS signals.“
NASA Warns Extreme Solar Storms Could Be More Dangerous Than Ever Thought
Maria Walach, researcher at Lancaster University
Dennoch bleibt eine fundamentale Hürde bestehen: Für extreme Werte jenseits von 15 Millivolt pro Meter existieren schlicht zu wenige historische Messdaten, um die Linearität in absolutem Maße zu beweisen. Ob bei gigantischen, Jahrtausend-Ereignissen am Ende doch noch physikalische Bremsen greifen, lässt sich anhand der vorhandenen Statistiken nicht endgültig ausschließen. Da die Datenlage für derartige extreme Einzelfälle dünn bleibt, betonen die Studienautoren, dass künftige Berechnungen und Schutzmaßnahmen diese Unsicherheiten dringend einkalkulieren müssen.
„If there is no upper limit to our planet’s response to the solar wind, modeling for extreme cases needs to take this into account and we should be vigilant of space weather effects.“
Clara Vogt verantwortet das Ressort Technik und Wissenschaft. Sie schreibt ueber KI, Digitalisierung, Forschung und Innovation und uebersetzt komplexe Entwicklungen in klaren, belastbaren Journalismus.
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