Wie Sonneneruptionen funktionieren

Ein plötzlicher Lichtblitz auf der Sonnenoberfläche wird als Sonneneruption bezeichnet. Wird der Effekt auf einen Stern neben der Sonne beobachtet, spricht man von einem Sternfackel. Ein Stern oder eine Sonneneruption setzt eine große Energiemenge frei, typischerweise in der Größenordnung von 1 × 10²⁵ Joule über ein breites Spektrum von Wellenlängen und Partikeln. Diese Energiemenge ist vergleichbar mit der Explosion von 1 Milliarde Megatonnen TNT oder zehn Millionen Vulkanausbrüchen. Zusätzlich zum Licht kann eine Sonneneruption Atome, Elektronen und Ionen in den Weltraum schleudern, was als koronaler Massenauswurf bezeichnet wird. Wenn Partikel von der Sonne freigesetzt werden, können sie innerhalb von ein oder zwei Tagen die Erde erreichen. Glücklicherweise kann die Masse in jede Richtung nach außen ausgestoßen werden, sodass die Erde nicht immer betroffen ist. Leider können Wissenschaftler Fackeln nicht vorhersagen, sondern nur warnen, wenn eine aufgetreten ist.

Die stärkste Sonneneruption war die erste, die beobachtet wurde. Das Ereignis ereignete sich am 1. September 1859 und wird der Sonnensturm von 1859 oder das "Carrington-Ereignis" genannt. Es wurde unabhängig von den Astronomen Richard Carrington und Richard Hodgson berichtet. Diese Fackel war mit bloßem Auge sichtbar, setzte Telegraphensysteme in Brand und erzeugte Auroren bis nach Hawaii und Kuba. Während Wissenschaftler zu dieser Zeit nicht in der Lage waren, die Stärke der Sonneneruption zu messen, waren moderne Wissenschaftler in der Lage, das Ereignis basierend auf Nitrat und dem Isotop Beryllium-10, das aus der Strahlung erzeugt wurde, zu rekonstruieren. Im Wesentlichen wurden in Grönland Spuren der Fackel im Eis aufbewahrt.

So funktioniert eine Sonneneruption

Wie Planeten bestehen Sterne aus mehreren Schichten. Im Falle einer Sonneneruption sind alle Schichten der Sonnenatmosphäre betroffen. Mit anderen Worten, Energie wird aus der Photosphäre, der Chromosphäre und der Korona freigesetzt. Reflexe treten meist in der Nähe von Sonnenflecken auf, bei denen es sich um Regionen mit starken Magnetfeldern handelt. Diese Felder verbinden die Atmosphäre der Sonne mit ihrem Inneren. Es wird angenommen, dass Fackeln aus einem Prozess resultieren, der als magnetische Wiederverbindung bezeichnet wird, wenn Magnetkraftschleifen auseinander brechen, sich wieder verbinden und Energie freisetzen. Wenn von der Korona plötzlich magnetische Energie freigesetzt wird (was plötzlich über einige Minuten bedeutet), werden Licht und Partikel in den Weltraum beschleunigt. Die Quelle der freigesetzten Materie scheint Material aus dem nicht verbundenen helikalen Magnetfeld zu sein. Die Wissenschaftler haben jedoch nicht vollständig herausgefunden, wie Fackeln funktionieren und warum manchmal mehr Partikel freigesetzt werden als in einer koronalen Schleife. Das Plasma im betroffenen Gebiet erreicht Temperaturen in der Größenordnung von zehn Millionen Kelvin, die fast so heiß sind wie der Kern der Sonne. Die Elektronen, Protonen und Ionen werden durch die intensive Energie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Elektromagnetische Strahlung deckt das gesamte Spektrum von Gammastrahlen bis zu Radiowellen ab. Die Energie, die im sichtbaren Teil des Spektrums freigesetzt wird, macht einige Sonneneruptionen mit bloßem Auge sichtbar, aber der größte Teil der Energie befindet sich außerhalb des sichtbaren Bereichs, sodass Fackeln mit wissenschaftlichen Instrumenten beobachtet werden. Ob eine Sonneneruption von einem koronalen Massenauswurf begleitet wird oder nicht, ist nicht ohne weiteres vorhersehbar. Sonneneruptionen können auch einen Fackelspray auslösen, bei dem Material schneller ausgestoßen wird als bei einer Sonneneruption. Aus einem Fackelspray freigesetzte Partikel können eine Geschwindigkeit von 20 bis 200 Kilometern pro Sekunde (kps) erreichen. Um dies zu relativieren, beträgt die Lichtgeschwindigkeit 299,7 kps!

Wie oft treten Sonneneruptionen auf??

Kleinere Sonneneruptionen treten häufiger auf als große. Die Häufigkeit eines auftretenden Flares hängt von der Aktivität der Sonne ab. Nach dem 11-jährigen Sonnenzyklus können während eines aktiven Teils des Zyklus mehrere Fackeln pro Tag auftreten, während in einer ruhigen Phase weniger als eine pro Woche auftreten. Während der Spitzenaktivität können 20 Fackeln pro Tag und über 100 pro Woche auftreten.

Wie Sonneneruptionen klassifiziert werden

Eine frühere Methode der Sonneneruptionsklassifizierung basierte auf der Intensität der Hα-Linie des Sonnenspektrums. Das moderne Klassifizierungssystem kategorisiert Fackeln anhand ihres Spitzenflusses von 100 bis 800 Pikometer Röntgenstrahlung, wie er vom GOES-Raumschiff beobachtet wird, das die Erde umkreist.

Einstufung	Spitzenfluss (Watt pro Quadratmeter)
EIN	< 10−7
B	10−7 - 10−6
C	10−6 - 10−5
M	10−5 - 10-4
X	> 10-4

Jede Kategorie wird auf einer linearen Skala weiter eingestuft, sodass eine X2-Fackel doppelt so stark ist wie eine X1-Fackel.

Gewöhnliche Risiken durch Sonneneruptionen

Sonneneruptionen erzeugen das sogenannte Sonnenwetter auf der Erde. Der Sonnenwind trifft auf die Magnetosphäre der Erde, erzeugt Aurora borealis und Australis und birgt ein Strahlungsrisiko für Satelliten, Raumfahrzeuge und Astronauten. Das größte Risiko besteht für Objekte in einer niedrigen Erdumlaufbahn, aber durch Auswürfe koronaler Massen aus Sonneneruptionen können Stromversorgungssysteme auf der Erde ausgeschaltet und Satelliten vollständig deaktiviert werden. Wenn Satelliten ausfallen würden, wären Mobiltelefone und GPS-Systeme ohne Service. Das ultraviolette Licht und die Röntgenstrahlen, die von einem Fackel abgegeben werden, stören das Langstreckenradio und erhöhen wahrscheinlich das Risiko für Sonnenbrand und Krebs.

Könnte eine Sonneneruption die Erde zerstören?

Mit einem Wort: ja. Während der Planet selbst eine Begegnung mit einem "Superflare" überleben würde, könnte die Atmosphäre mit Strahlung bombardiert und alles Leben ausgelöscht werden. Wissenschaftler haben die Freisetzung von Superflares von anderen Sternen beobachtet, die bis zu 10.000-mal stärker sind als ein typisches Sonnenflare. Während die meisten dieser Fackeln in Sternen auftreten, die stärkere Magnetfelder als unsere Sonne haben, ist der Stern in etwa 10% der Fälle mit der Sonne vergleichbar oder schwächer als sie. Forscher glauben, dass die Erde bei der Untersuchung von Baumringen zwei kleine Superflares erlebt hat - eines in 773 C. E. und eines in 993 C. E. Es ist möglich, dass wir ungefähr einmal im Jahrtausend mit einem Superflare rechnen können. Die Wahrscheinlichkeit eines Superflares der Extinktionsstufe ist unbekannt.

Auch normale Fackeln können verheerende Folgen haben. Die NASA gab bekannt, dass die Erde am 23. Juli 2012 eine katastrophale Sonneneruption nur knapp verfehlt hat. Wenn die Eruption nur eine Woche zuvor stattgefunden hätte, als sie direkt auf uns gerichtet war, wäre die Gesellschaft ins Dunkle Zeitalter zurückgestoßen worden. Die intensive Strahlung hätte die Stromnetze, die Kommunikation und das GPS global außer Kraft gesetzt.

Wie wahrscheinlich ist ein solches Ereignis in der Zukunft? Der Physiker Pete Rile berechnet die Wahrscheinlichkeit einer störenden Sonneneruption auf 12% pro 10 Jahre.

Wie man Sonneneruptionen vorhersagt

Gegenwärtig können Wissenschaftler keine Sonneneruption mit irgendeiner Genauigkeit vorhersagen. Eine hohe Sonnenfleckenaktivität ist jedoch mit einer erhöhten Wahrscheinlichkeit der Flammenbildung verbunden. Die Beobachtung von Sonnenflecken, insbesondere der als Delta-Flecken bezeichneten Art, wird verwendet, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Flares und seine Stärke zu berechnen. Wenn ein starkes Aufflackern (Klasse M oder X) vorhergesagt wird, gibt die US-amerikanische Aufsichtsbehörde für Ozean und Atmosphäre (NOAA) eine Vorhersage / Warnung aus. Normalerweise erlaubt die Warnung 1-2 Tage Vorbereitungszeit. Wenn eine Sonneneruption und ein koronaler Massenauswurf auftreten, hängt die Stärke des Aufpralls der Eruption auf die Erde von der Art der freigesetzten Partikel ab und davon, wie direkt die Eruption der Erde zugewandt ist.

Quellen

• "Big Sunspot 1520 veröffentlicht X1.4 Class Flare mit erdgerichtetem CME". NASA. 12. Juli 2012.
• "Beschreibung eines singulären Erscheinungsbildes, das am 1. September 1859 in der Sonne gesehen wurde", Monthly Notices der Royal Astronomical Society, v20, S. 13 +, 1859.
• Karoff, Christoffer. "Beobachtungsnachweis für verstärkte magnetische Aktivität von Superflaresternen." Nature Communications Band 7, Mads Faurschou Knudsen, Peter De Cat et al., Artikelnummer: 11058, 24. März 2016.