Neuer Ansatz verspricht bessere Vorhersage von Sonneneruptionen

Ein neuer Ansatz zur Vorhersage von Sonneneruptionen verspricht ein besseres Verständnis des unbeständigen Weltraumwetters. Japanische Wissenschafter stellten ihr sogenanntes "Kappa-Schema" nun im Fachmagazin "Science" vor. In einem Perspektivenartikel in dem Fachblatt attestiert die Grazer Sonnenphysikerin Astrid Veronig der auf physikalischen Annahmen basierenden Methode Potenzial.

Problem für Stromnetze

Ereignen sich auf unserem Zentralgestirn stärkere Sonneneruption (Flares) oder koronale Massenauswürfe (CME), bei denen sich sehr viele geladene Partikel mit großer Geschwindigkeit von der Oberfläche lösen, hat das auch auf der Erde mitunter spürbare Auswirkungen. Solche veritablen Sonnenstürme erzeugen nicht nur eindrucksvolle Polarlichter, sondern haben auch das Potenzial, Satellitensysteme - etwa zur Positionierung auf der Erde oder Rundfunksignale - erheblich zu stören bzw. das Funktionieren von Stromnetzen zu beeinträchtigen. Darüber hinaus gehen von rauem Weltraumwetter auch Gefahren für die Raumfahrt aus.

Geschehen derartige Auswürfe, dann dauert es nur wenige Minuten, bis die Verwerfungen im Bereich der Erde ankommen. Daher gibt es seit einigen Jahrzehnten Bestrebungen, solche Ereignisse möglichst frühzeitig zu erkennen oder vorherzusagen. Die Basis dafür bilden durchgehende Beobachtungen der Sonnenoberfläche von der Erde aus und aus dem erdnahen All. Trotz dieser eingehenden Betrachtung wisse man noch relativ wenig über die spezifischen Ausgangsbedingungen, die Flares auslösen, so Veronig. Das liegt vor allem daran, dass direkte Messungen der charakteristischen Veränderungen des Magnetfeldes in der Sonnenatmosphäre fehlen. Wissenschafter müssen die dortige Abläufe also mittels Berechnungen rekonstruieren.

Solche Modelle können demnach zwar dazu eingesetzt werden, das Verständnis der grundsätzlichen Abläufe rund um die wiederkehrenden Phänomenen zu verbessern, eine Vorhersage ist auf solch einer Basis jedoch schwierig. Die Genauigkeit von Prognosen ist bisher auch entsprechend niedrig, schreibt die Forscherin vom Institut für Physik der Universität Graz und dem Observatorium Kanzelhöhe in ihrem Artikel zu der Arbeit des Teams um Kanya Kusano von der Universität von Nagoya (Japan).

Instabilität abschätzen

Der neue Ansatz der japanischen Wissenschafter basiert auf der Annahme, dass es ganz bestimmte Bedingungen für das Entstehen des Phänomens braucht. Dabei handelt es sich um eine Art magnetischen Doppelbogen, der sich von der Sonnenoberfläche wegbewegt, wenn das Magnetfeld instabil wird. Werden hier bestimmte Grenzwerte überschritten, führt das in weiterer Folge zu jenen abrupten Umwälzungen in der betroffenen Region der Sonnenoberfläche, die in Sonneneruptionen und sogar in koronalen Massenauswürfen münden. Die Herangehensweise von Kusano und Kollegen erlaubt nun, das Instabilwerden des Doppelbogens, den Ort des Ausbruchs und das Ausmaß an Energie, die von der Sonnenoberfläche ausgestoßen wird, abzuschätzen.

Dass das tatsächlich möglich ist, haben die Forscher anhand von Daten des von der NASA betriebenen "Solar Dynamics Observatory" überprüft, das zwischen 2008 und 2019 Informationen über die Sonnenaktivität gesammelt hat. Es stellte sich heraus, dass mit dem "Kappa-Schema" die meisten großen Ausbrüche bis zu 20 Stunden vor ihrem tatsächlichen Beginn detektiert werden konnten. Beim Erkennen seltenerer Flares, die nicht mit Massenauswürfen einhergingen, tat sich die Methode hingegen schwer.