Die Erde könnte stärker als erwartet auf die heftigsten Sonnenstürme reagieren.
Eine in Nature veröffentlichte Studie stellt die Existenz einer „Grenze“ in Frage, die die durch die heftigsten Stürme verursachten geomagnetischen Störungen zu begrenzen schien. Dieses Ergebnis betrifft direkt die Risikobewertung für Satelliten, Kommunikation und einige Stromnetze.
Wenn der Sonnenwind sehr stark wurde, schienen die elektrischen Ströme in der oberen Atmosphäre paradoxerweise nicht mehr zuzunehmen. Die Magnetosphäre schien also einen zusätzlichen Teil der aufgenommenen Energie zu dämpfen.
Bildnachweis: ESA & NASA
Eine solche Grenze wäre eher beruhigend gewesen. Sie hätte bedeutet, dass ein stärkerer Sonnensturm oberhalb einer bestimmten Intensität nicht proportional mehr Auswirkungen in der Nähe der Erde – am Boden und im Orbit – hervorrufen würde. Es wurden mehrere physikalische Mechanismen vorgeschlagen, um diesen scheinbaren Schutz zu erklären, ohne dass ein Konsens erzielt wurde.
Ein Team unter der Leitung von Nithin Sivadas vom Goddard Space Flight Center der NASA geht nun davon aus, dass diese Grenze vor allem auf Messunsicherheiten zurückzuführen sein könnte. Der Sonnenwind wird in der Regel nahe dem Lagrange-Punkt L1 beobachtet, der sich etwa 1,5 Millionen Kilometer vor der Erde befindet.
Zwischen diesem Punkt und der Magnetosphäre können sich Geschwindigkeit, Richtung und Intensität des Sonnenwinds ändern. Auch seine Laufzeit bleibt unsicher. Ein an L1 gemessener Extremwert könnte daher irrtümlich mit einer terrestrischen Störung in Verbindung gebracht werden, die durch einen in Erdnähe tatsächlich schwächeren Sonnenwind verursacht wurde.
Die Forscher korrigierten diese statistische Verzerrung. Sie untersuchten auch mehr als eine Million Messungen, die von mehreren Missionen, darunter MMS und THEMIS, in größerer Erdnähe durchgeführt wurden. Nach der Korrektur steigt die geomagnetische Reaktion im abgedeckten Datenbereich weiterhin mit der Stärke des Sonnenwinds an.
Das Fehlen einer offensichtlichen Grenze ist daher keine gute Nachricht für den Schutz der Infrastruktur. Es deutet darauf hin, dass die Magnetosphäre die Folgen extremer Ereignisse nicht automatisch reduziert. Laut der Studie könnte die Auswirkung für einige extrapolierte Intensitäten etwa doppelt so hoch sein wie die Schätzungen aus früheren Modellen.
Dieses Ergebnis bedeutet jedoch nicht, dass die Effekte ohne jede physikalische Grenze zunehmen können. Die Daten werden bei einem elektrischen Feld des Sonnenwinds von etwa 15 mV/m unzureichend. Eine Grenze ist daher bei noch stärkeren Ereignissen weiterhin möglich, aber derzeit gibt es keine statistischen Belege dafür.
Die Modelle der Weltraumwettervorhersage müssen diese Unsicherheit besser berücksichtigen. Zusätzliche Beobachtungen in der Nähe der Magnetosphäre während starker Stürme sind erforderlich. Sie werden helfen, die Schutzmaßnahmen für Satelliten, Navigationssysteme, Funkkommunikation und exponierte Stromnetze zu dimensionieren.