Wissenschaftler haben herausgefunden, dass extreme Sonnenstürme möglicherweise weitaus stärkere geomagnetische Stürme auslösen als bisher angenommen. Eine neue Auswertung zeigt, dass eine jahrzehntelang vermutete Obergrenze der Erdreaktion auf Sonnenwinde ein statistischer Irrtum war, was die Risiken für Satelliten und GPS-Signale drastisch erhöht.
Die Erforschung des Weltraumwetters hat eine fundamentale Korrektur erfahren. Bislang gingen Forscher davon aus, dass die Reaktion unseres Planeten auf den Sonnenwind bei einer extremen Intensität an eine unsichtbare Grenze stößt. Doch diese vermeintliche Obergrenze war niemals real, wie eine Untersuchung darlegt. Stattdessen handelte es sich um einen statistischen Effekt, der nun durch neue Messmethoden und präzisere Daten korrigiert werden konnte.
Wie der Sonnenwind auf die Erde trifft und warum er unterschätzt wurde
Das Weltraumwetter nimmt seinen Ursprung an der Sonne. Ein stetiger Strom heißer Gase, der Sonnenwind, strömt ins All und prallt auf das magnetische Schutzschild der Erde. Wenn dieser Strom während einer Sonneneruption anschwillt, treibt er elektrische Ströme in den oberen Atmosphärenschichten an. Diese Ströme verursachen Störungen in der Kommunikation und gefährden Raumsonden und Satelliten.
„Unser 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.“
Maria Walach, Lancaster University
Dennoch gibt es Ausnahmen, die weitaus drastischer ausfallen. There are however extreme cases, where satellites unexpectedly fall back to Earth, or we lose communication and GPS signals
, erklärt Walach weiter. Jahrzehntelang schien es bei der Messung dieser extremen Ereignisse ein natürliches Limit zu geben. Sobald der Sonnenwind eine gewisse Stärke überschritt, stiegen die gemessenen Ströme in der Atmosphäre nicht mehr weiter an. Zehn verschiedene physikalische Theorien versuchten im Laufe der Zeit, diesen vermeintlichen Bremsmechanismus in der Magnetosphäre zu erklären.
Die Rolle des Messfehlers und das Phänomen der Regression
Die neue Untersuchung, geleitet von Dr. Nithin Sivadas vom NASA Goddard Space Flight Center und Dr. Maria Walach an der Lancaster University, weist nach, dass die bisherigen Erklärungen auf einer fehlerhaften Annahme beruhten. Das Problem liegt in der Art und Weise, wie der Sonnenwind gemessen wird. Die meisten historischen Messungen stammen von Raumsonden, die am Lagrange-Punkt 1 positioniert sind – rund eine Million Meilen näher an der Sonne als die Erde.
Dieser weit entfernte Standort führt zu Ungenauigkeiten. Der Wind, der dort gemessen wird, entspricht nicht exakt dem Wind, der kurz darauf tatsächlich auf die Erde trifft, da er sich auf dem Weg verändert. Zudem lässt sich der genaue Zeitpunkt des Eintreffens nicht präzise bestimmen. Hier setzt ein statistischer Effekt an: die Regression zum Mittelwert. Wenn ein Messwert extrem hoch ausfällt, ist der wahre Wert in der Regel näher am Durchschnitt. Die Instrumente haben an den Höchstpunkten schlichtweg übersteuert.
„We usually assume the truth may be around its measurement. But probability theory says it leans one way.“
Dr. Nithin Sivadas, NASA Goddard Space Flight Center
Daraus zog Sivadas einen klaren Schluss: That’s why space weather risks appear underestimated
. Durch den statistischen Fehler schienen starke Sonnenwinde weitaus schwächere Ströme auf der Erde auszulösen, als es in der Realität der Fall war.
Bereinigung der Daten zeigt doppelt so starke Reaktionen
Um diese Verzerrung zu korrigieren, griff das Forschungsteam auf Messdaten von Satelliten zurück, die sich weitaus näher an der Erde befanden und mehr als eine Million Messungen kurz vor dem Eintreffen an der Magnetosphäre lieferten. Daraus erstellten die Wissenschaftler ein Modell des Messfehlers, um die historischen Daten von der Verzerrung zu befreien.
Nach dieser Korrektur glättete sich die angebliche Sättigungskurve zu einer klaren Linie ohne obere Begrenzung. Ein zweiter Abgleich mit den Strömen, die Polarlichter erzeugen, bestätigte das Ergebnis. Das Resultat bedeutet, dass die tatsächliche Reaktion der Erde bei stärksten Sonnenwinden ungefähr doppelt so groß ist wie bislang angenommen.
„If there is no upper limit to our planet’s response to the solar wind, modelling for extreme cases needs to take this into account and we should be vigilant of space weather effects.“
Dr. Walach, Lancaster University
Zwar bleiben solche extremen Ereignisse selten, doch die Datenlage ist dünn, und die Modelle müssen nun angepasst werden. Wie sich ein hypothetischer Sonnensturm auswirkt, der nur einmal in tausend Jahren auftritt, bleibt vorerst offen.
