Bessere Vorhersage des Weltraumwetters

Sonneneruptionen und damit verbundene koronale Massenauswürfe können, wenn sie auf die Magnetosphäre der Erde treffen, schwerwiegende Folgen haben – von Störungen der Telekommunikation bis hin zu Satellitenabstürzen und großräumigen Stromausfällen. Doch bislang ist die Vorhersage solcher Eruptionen schwierig und ungenau. Das könnte sich nun ändern: Ein Forscherteam aus Japan hat ein neues physikalisches Modell entwickelt, das bevorstehende Eruptionen und Massenauswürfe bis zu 24 Stunden im Voraus erkennt. Im Fachblatt „Science“ berichten die Wissenschaftler, dass sie ihr Modell bereits erfolgreich anhand von Beobachtungsdaten getestet haben.

„Die genauen Mechanismen, die Sonneneruptionen auslösen und antreiben, sind bislang nicht bekannt“, erläutert Kanya Kusano von der Universität Nagoya. „Das erschwert die Vorhersage dieser Ereignisse.“ Bislang basieren die Prognosen überwiegend auf empirischen Methoden. Denn die Eruptionen treten zumeist bei großen Sonnenfleckengruppen auf. Und so gehen Forscher davon aus, dass Sonnenflecken, bei denen es bereits Eruptionen gegeben hat, auch weitere Eruptionen produzieren. Dieses Verfahren ist jedoch höchst ungenau und kann zudem nicht vorhersagen, welche Fleckengruppen aktiv werden – und wann ihre Aktivität endet.

Auslöser für Sonneneruptionen sind lokale Umstrukturierungen des solaren Magnetfelds, durch die große Mengen an magnetischer Energie in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Kusano und seinen Kollegen gelang es jetzt, den Beginn dieser sogenannten magnetischen Rekonnexion anhand von Magnetfeldmessungen zu identifizieren. Demnach kommt es zunächst direkt an der Sonnenoberfläche zu minimalen Rekonnexionen, die sich selbst verstärkende Instabilitäten hervorrufen und so letztlich dazu führen, dass sich die Umstrukturierungen des Magnetfelds immer weiter ausbreiten.

Die Wissenschaftler testeten das neue Modell anhand von aktiven Regionen auf der Sonne, die der NASA-Forschungssatellit Solar Dynamics Observatory zwischen 2008 und 2019 beobachtet hatte. Es gelang ihnen, die meisten der aufgetretenen Sonneneruptionen mit einer Vorlaufzeit zwischen einer Stunde und einem Tag korrekt vorherzusagen – und zwar nicht nur Ort und Zeitpunkt des Ausbruchs, sondern auch die Richtung des Massenauswurfs und die Menge an dabei freigesetzter Energie. Lediglich zwei große Eruptionen gingen den Forschern durch die Lappen. Allerdings handelte es sich in beiden Fällen lediglich um starke Ausbrüche von Röntgenstrahlung, die nicht mit Massenauswürfen verbunden waren. Kusano und seine Kollegen zeigen sich daher zufrieden mit den Ergebnissen.