Welche Auswirkungen haben Sonnenwinde auf die Erde?

Sonnenflecken als Auslöser von Sonnenwinden

Die Sonne ist ein gigantischer, unfassbar heißer Ball aus Gas. Ihre Oberfläche ist ständig in Bewegung. Dabei entstehen immer wieder gewaltige Magma-Eruptionen. Hier werden gigantische Massen an Gas und elektrisch geladenen Teilchen ins All geschleudert. Mit bis zu 800 Kilometern pro Sekunde rasen diese Partikel auch auf die Erde zu.

Diese Ausbrüche entstehen häufig an Sonnenflecken. Das sind fast schwarze Bereiche auf der Sonnenoberfläche, an denen es besonders starke magnetische Aktivität gibt.

Zum Glück hat die Erde einen hochwirksamen Schutzschild gegen die in Richtung Erde geschleuderten Partikel: das Erdmagnetfeld. Es reicht tausende Kilometer ins All. Doch nach besonders heftigen Eruptionen auf der Sonne hält selbst dieser Schutzschild nicht mehr stand. Starken Sonnenstürmen gelingt es dann, in die Erdatmosphäre einzudringen.

Sonnenwinde können technische Geräte stören und dauerhaft beschädigen

Bemerkbar machen sich Sonnenwinde vor allem in der Kommunikationstechnik. Die elektrisch geladenen Teilchen beeinflussen die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen, stören Sender und die Steuerung von Satelliten. Im Extremfall kann die hochsensible Elektronik von Satelliten dauerhaften Schaden nehmen.

Aufgrund der erhöhten Strahlenbelastung müssen die Astronauten auf der bemannten Raumstation ISS während solcher Sonnenwinde spezielle Anzüge tragen. Auch den Funkverkehr können die Teilchenstürme empfindlich stören. Gerade im Linienflugverkehr droht dann Gefahr. Zur Sicherheit lassen die Fluglotsen in Zeiten starker Sonnenstürme die Flugzeuge in größeren Abständen fliegen.

Welche dramatischen Auswirkungen die Partikelschauer auf Stromnetze haben können, wurde am 13. März 1989 deutlich: Zwei Tage nach einer extrem heftigen Eruption auf der Sonne brach in weiten Teilen Kanadas das Stromnetz für neun Stunden komplett zusammen. Wissenschaftler führen diesen Kollaps direkt auf die Aktivität der Sonne zurück.

Auch Polarlichter werden durch Sonnenwinde verursacht

Allerdings haben Sonnenwinde auch einen malerischen Nebeneffekt: Sie zeichnen die Polarlichter an den Himmel. Diese entstehen, weil die auf die Erdatmosphäre auftreffenden Partikel des Sonnensturms die Sauerstoff- und Stickstoffatome zum Leuchten bringen.

Während diese Himmelserscheinungen bei normaler Sonnenaktivität nur in den Polarregionen zu sehen sind, können wir sie bei starken Teilchenwinden auch in Deutschland beobachten. Das Jahr 2024 ist ein anschaulicher Beweis dafür. Die besonders hohe Sonnenaktivität in diesem Jahr führte bereits im Mai und auch im Oktober zu sichtbaren Polarlichtern am Nachthimmel in einigen Bundesländern.

Der Sonnenzyklus beeinflusst die Stärke der Sonnenwinde

Die Aktivität der Sonne steigt und fällt innerhalb eines Zyklus mit einer durchschnittlichen Länge von 11,1 Jahren. Wird die Sonne aktiver, beeinflusst dies auch die Anzahl der Sonnenflecken und somit auch die Stärke und Frequenz von Sonnenwinden.

Dennoch lässt sich die Aktivität der Sonne schwer voraussagen. Zwar lassen sich ungefähr alle 11 Jahre besonders viele Sonnenflecken feststellen. Ob auf der Sonne als nächstes eine Ruhephase oder eine Phase hoher Aktivität stattfindet, kann die Wissenschaft aktuell noch nicht zuverlässig bestimmen.

So wird die Stärke von Sonnenwinden gemessen

Die Wetter- und Ozeanografiebehörde der Vereinigten Staaten, die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), klassifiziert die Stärke von Sonnenwinden anhand von fünf Klassen.

G1: geringe Stärke

Sonnenwinde der Klasse G1 können schwache Schwankungen im Stromnetz auslösen und geringfügige Auswirkungen auf den Betrieb von Satelliten haben. Gemäß Schätzungen der NOAA können die Bedingungen für G1-Sonnenwinde an 900 Tagen pro Sonnenzyklus vorliegen.

G2: moderate Stärke

Laut NOAA können lang anhaltende G2-Stürme in hohen Breitengraden Schäden an Transistoren verursachen. Auch die Abdeckung mit Kurzwellen für den Radioempfang kann dort gestört werden. Laut der NOAA können Bedingungen für G2-Sonnenwinde an etwa 360 Tagen pro Sonnenzyklus vorliegen.

G3: Stark

Laut NOAA kann es bei einem Sonnenwind der Klasse G3 zu Problemen mit der Navigation per Satellit sowie dem Niederfrequenzfunk kommen. Der Empfang von Kurzwellen kann komplett unterbrochen sein. Bei bestimmten Stromnetzen können Spannungskorrekturen notwendig sein. Laut der NOAA können Bedingungen für einen G3-Sonnenwind an etwa 130 Tagen pro Sonnenzyklus vorliegen.

G4: gravierende Stärke

Hier kann die Navigation per Satellit stundenlang beeinträchtigt sein. Auch eine gestörte Funknavigation ist zu erwarten. Der Empfang von Kurzwellen ist nur noch sporadisch möglich. Laut der NOAA können die Bedingungen für einen Sonnensturm der Klasse G4 an etwa 60 Tagen pro Sonnenzyklus vorliegen.

G5: extreme Stärke

Hier kann es zu massiven Problemen bei der Spannungsregelung in Stromnetzen kommen. Der Zusammenbruch bestimmter Stromnetze ist möglich und es kann zu Schaden an Transformatoren kommen. Kurzwellenempfang und Satellitennavigation können tagelang unmöglich sein. Die Bedingungen für einen Sonnensturm der Klasse G5 können laut der NOAA nur an etwa vier Tagen pro Sonnenzyklus vorliegen.