Der jamaikanische Sprinter Usain Bolt hat die Konkurrenten abgehängt und ist dabei, seinen Weltrekord über 100 Meter, gelaufen 2008 in Peking, zu unterbieten. Noch zehn Meter fehlen bis zur Ziellinie. Schafft er es hier in London, unter 9,58 Sekunden zu bleiben? Hunderte Millionen von Menschen verfolgen das Rennen am Fernseher, fiebern mit – dann wird der Bildschirm schwarz, Bild und Ton fallen aus. Ein Horrorszenario für Sportfans. Doch genau dies könnte bei den Olympischen Sommerspielen 2012 passieren, warnen britische Forscher.
Auslöser des angekündigten Blackouts wäre die Sonne: Für das Olympiajahr 2012 erwarten namhafte Physiker ein ungestümes Gestirn mit vielen Sonnenflecken. «Eine Aktivitätsspitze in zwei Jahren ist wahrscheinlich», sagt Richard Harrison, Leiter der Abteilung Weltraumphysik am Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire, England. In solchen Phasen ist die Sonne besonders unruhig und schleudert Millionen Tonnen geladener Teilchen (Elektronen und Protonen) und Röntgenstrahlen ins All. Energien und Teilchen, die uns prächtige Polarlichter bescheren, da sie die Gase in den oberen Luftschichten der Erdatmosphäre zum Leuchten bringen. Aber sie könnten auch Elektrizitätssysteme und Kommunikationssatelliten ausser Kraft setzen, wenn sie Kurzschlüsse auslösen und Datenflüsse unterbrechen.
Harrison hat die Verantwortlichen der Spiele von London vor den möglichen Risiken durch Sonneneruptionen gewarnt. Zwar seien Prognosen zu Sonnenflecken und Ausbrüchen notorisch unsicher, wie er auf Anfrage einräumt. Doch nach einer mehrjährigen Ruhepause tauchen seit Anfang 2010 wieder vereinzelt Flecken auf, und ihre Zahl wird steigen. Die damit verbundenen Sonnenstürme könnten 2012 so grosse Probleme bereiten, dass man sich vorbereiten sollte, sagt Harrison. Etwa mit einem Reservesystem zur terrestrischen Übertragung von Bildern und Tönen während der Spiele – oder mit gut abgesicherten Kommunikationssatelliten.
Die Warnung ist durchaus ernst zu nehmen. Im März 1989 kam es in den USA und in Kanada infolge eines Sonnensturms zu Stromausfällen. Die in Richtung Erde ausgestossenen Teilchen und Strahlen stoppten den Stromfluss in einer Hochspannungsleitung, ein Transformator in New Jersey überhitzte und fiel aus. In Quebec und den USA sassen Millionen von Menschen während neun Stunden im Dunkeln. Auch Navigationssysteme wurden schon Opfer solarer Ausbrüche: Röntgenstrahlen störten im Dezember 2005 die GPS-Satelliten, wenn auch nur für zehn Minuten. «Wir sind derart abhängig von Kommunikationssystemen im All, dass die Folgen von Sonnenstürmen immer gravierender werden», warnt Harrison.
Würde heute das passieren, was der britische Amateurastronom Richard Carrington vor gut 150 Jahren beobachtete, wären dramatische Auswirkungen sicher. Carrington realisierte als Erster die Auswirkungen einer Eruption auf der riesigen Gaskugel. Er interessierte sich für die geheimnisvollen Sonnenflecken, die auf der Oberfläche des Zentralgestirns periodisch auftauchten und verschwanden. Als er im März 1859 sein Teleskop auf die Sonne richtete, beobachtete er zwei silbrige Fäden hellen Lichts, die sich über einer Gruppe Flecken erhoben und anwuchsen. Kurz darauf war der Spuk vorbei. Am nächsten Tag wunderten sich Menschen weltweit über rote und grüne Polarlichter, nicht nur in den Polarregionen, wo sie normaler-weise auftauchen, sondern auch auf Kuba oder Hawaii. Problematisch war die Auswirkung auf das Telegraphensystem: Wie von Geisterhand begannen die Apparate teilweise von alleine zu ticken, Kurzschlüsse setzten Stationen in Brand und verängstigten die Operateure.
Laut Nasa-Forschern muss es sich um die stärkste Eruption der letzten 150 Jahre gehandelt haben – ein Meilenstein für Carrington und alle Sonnenforscher: Erstmals liess sich ein mit Sonnenflecken zusammenhängendes Ereignis mit direkten Folgen auf der Erde in Verbindung bringen. Carrington nahm an, dass die 150 Millionen Kilometer entfernten Lichtblitze die Erdatmosphäre zum Leuchten brachten, konnte sich aber nicht erklären, wie.
Damals war nicht bekannt, dass Sonnenflecken Aufwölbungen des Magnetfelds auf der Sonnenoberfläche sind. Sonnenflecken sind mit Temperaturen von 3700 Grad Celsius kälter als die knapp 6000 Grad heisse Oberfläche – und riesig: Ein durchschnittlicher Sonnenfleck ist so gross wie die Erdoberfläche. Eruptionen ereignen sich oft in der Nähe von Sonnenfleckengruppen. Auf bis zu einigen Millionen Grad aufgeheizte Teilchenwolken und Strahlen werden ins All geschleudert. Das Magnetfeld der Erde schirmt unseren Planeten zwar vom steten Teilchenstrom der Sonne, dem Sonnenwind, ab. Heftige Eruptionen können diese Barriere jedoch stören oder gar durchbrechen und starke Polarlichter erzeugen, wie Carrington sie beobachtete.
Das Auftauchen und Verschwinden der Sonnenflecken, die von blossem Auge sichtbar sind (Achtung: Augen schützen!), nährt die Phantasie der Menschen bereits seit Jahrtausenden. Den Griechen etwa missfielen die Flecken, da sie ihrer Vorstellung von einer makellosen Natur widersprachen. Von den Babyloniern ist eine fast 3000-jährige Tontafel erhalten, die eine Sonne mit Flecken zeigt. Und es wird angenommen, dass den Babyloniern der elfjährige Fleckenzyklus bereits bekannt war, den abendländische Astronomen erst im 19. Jahrhundert nachweisen konnten.
Die Beobachtung der Sonnenflecken geht mit der Verehrung des licht- und wärmespendenden Gestirns einher, das von vielen Kulturen ins Zentrum ihrer Riten gestellt wurde, etwa von den Mayas, den Ägyptern, Babyloniern oder Kelten. Inzwischen wurde manches Rätsel gelöst, beispielsweise die Frage, ob nun die Erde um die Sonne kreist oder umgekehrt. Die Entfernung von der Erde, die gigantischen Dimensionen und die Lebensdauer der Sonne sind bekannt (siehe nachfolgende Infos «Die Sonne: Ein heisser Gasball in der Mitte seines Lebens»). Auch das Prinzip der Kernverschmelzung, die in ihrem Innern Energie erzeugt, kennen wir – und wir versuchen, diese Fusion in Reaktoren zu bändigen. Dennoch sind viele Details ungeklärt: «Die Sonne ist rätselhafter, als man denkt», sagt Sami Solanki, Astrophysiker und Direktor des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau.
Gegenwärtig schauen Astronomen besonders aufmerksam in den Himmel, um die Entwicklung des sich anbahnenden Zyklus zu beobachten. So richtig Fahrt gewonnen hat die Sonne noch nicht, im Februar und März wurden nur vereinzelte Fleckengruppen beobachtet. Im Gegensatz zum britischen Forscher Harrison ist Sami Solanki zurückhaltender. «Ich wage zurzeit keine Prognose darüber, wann das Maximum erreicht sein wird», sagt er. «Der sich neu entwickelnde Zyklus ist ein zartes Pflänzchen, und wir wissen nicht, was die gute alte Sonne vorhat.»
In der Regel wird das maximale Vorkommen von Flecken innerhalb des ersten Drittels eines Zyklus erreicht. Doch die Elf-Jahre-Regel ist nur ein Näherungswert, wie der letzte Zyklus zeigte: Er begann Ende 1996, erreichte das Maximum im Jahr 2001 und schwächte sich Anfang 2007 erwartungsgemäss ab. Zunächst sah es so aus, als würde gleich anschliessend eine neue Aktivitätsphase beginnen, doch die Flecken flackerten nur unregelmässig auf und verschwanden praktisch vollständig. So brachte es dieser Zyklus auf überlange 13 Jahre – und die Forscher haben keine Ahnung, weshalb.
Zwischen 2007 und 2009 blieb es auf der Sonne während 800 Tagen still. «Das ist die längste Ruhephase seit 1910 und ein Hinweis darauf, dass sich zurzeit Ungewöhnliches abspielt», sagt Sami Solanki. Wie ungewöhnlich, zeigt eine Analyse der letzten 400 Jahre. Das Jahr 1610 markiert den Beginn regelmässiger Aufzeichnungen. Damals begannen die Astronomen Johann Fabricius und Galileo Galilei in Deutschland und Italien, Sonnenflecken mit Teleskopen zu beobachten.
Die Auswertung der seither gewonnenen Daten zeigt eine besondere Aktivität im 20. Jahrhundert, zeitweise bildeten sich auf der Sonnenoberfläche zahlreiche Fleckengruppen mit rund 200 Sonnenflecken pro Monat (siehe nachfolgender Hinweis «Der Sonnenfleckenzyklus»). «So aktiv wie in den vergangenen 60 bis 70 Jahren war die Sonne in den letzten vier Jahrhunderten nie», sagt Solanki. Er spricht von einem Grand-Maximum, das sich durch eine Abfolge mehrerer starker Zyklen auszeichnet. Ein Maximum, das nun auszulaufen scheint und den Beginn eines Grand-Minimums markieren könnte, also einer Reihe von schwachen Zyklen.
Das ist zwar nur eine Hypothese, aber es gibt mehrere Hinweise, dass die Sonne sich in einer Übergangsphase befindet: Ihre Totalstrahlung nimmt seit 1960 leicht, das heisst im Promillebereich ab. Und ihr Magnetfeld, der Motor der Sonnenflecken, schwächt sich ebenfalls ab. «Wir befinden uns in einer sehr spannenden Zeit», schwärmt Sonnenforscher Solanki.
aktualisiert am 24. Jan 2012 13:55Sonnenstürme
Die dunkle Seite der Sonne
Forscher rechnen für das Jahr 2012 mit einer Zunahme an Sonnenstürmen, die den Alltag auf der Erde beeinträchtigen könnten: Es ist mit Stromausfällen und Störungen im GPS-System zu rechnen.
Der stärkste Sturm seit 2005 kann in den nächsten Tagen das magnetische Feld der Erde beeinflussen, wie das Zentrum für Weltraumwetter-Vorhersagen der Behörde NOAA im US-Staat Colorado mitteilte: Das solare Plasma und geladene Teilchen in der hohen Atmosphäre können unter anderem Telekommunikationssatelliten und die Satelliten des Global Positioning System (GPS) stören und beschädigen.
Sonneneruption vom 7. Juni 2011
Bereits am 7. Juni 2011 hat sich nach Beobachtungen der US-Raumfahrtbehörde Nasa eine «ungewöhnlich heftige Sonneneruption» ereignet. Dabei wurde eine riesige Partikelwolke freigesetzt. Weil die Eruption aber nicht direkt zur Erde hin gerichtet war, blieb die Eruption ohne Folgen für die Erde. (Video: NASA/SDO)
Eindrückliche Sonneneruptionen 2010
Die Sonneneruption im ersten Teil des Filmes wurde am 30 März 2010 aufgezeichnet. Am 8 April folgte eine kleinere Eruption, die in einem anderen Wellenbereich erfasst wurde (am Schluss des Filmes). Bildrechte: NASA, AIA/SDO
Der jamaikanische Sprinter Usain Bolt hat die Konkurrenten abgehängt und ist dabei, seinen Weltrekord über 100 Meter, gelaufen 2008 in Peking, zu unterbieten. Noch zehn Meter fehlen bis zur Ziellinie. Schafft er es hier in London, unter 9,58 Sekunden zu bleiben? Hunderte Millionen von Menschen verfolgen das Rennen am Fernseher, fiebern mit – dann wird der Bildschirm schwarz, Bild und Ton fallen aus. Ein Horrorszenario für Sportfans. Doch genau dies könnte bei den Olympischen Sommerspielen 2012 passieren, warnen britische Forscher.
Auslöser des angekündigten Blackouts wäre die Sonne: Für das Olympiajahr 2012 erwarten namhafte Physiker ein ungestümes Gestirn mit vielen Sonnenflecken. «Eine Aktivitätsspitze in zwei Jahren ist wahrscheinlich», sagt Richard Harrison, Leiter der Abteilung Weltraumphysik am Rutherford Appleton Laboratory in Oxfordshire, England. In solchen Phasen ist die Sonne besonders unruhig und schleudert Millionen Tonnen geladener Teilchen (Elektronen und Protonen) und Röntgenstrahlen ins All. Energien und Teilchen, die uns prächtige Polarlichter bescheren, da sie die Gase in den oberen Luftschichten der Erdatmosphäre zum Leuchten bringen. Aber sie könnten auch Elektrizitätssysteme und Kommunikationssatelliten ausser Kraft setzen, wenn sie Kurzschlüsse auslösen und Datenflüsse unterbrechen.
Harrison hat die Verantwortlichen der Spiele von London vor den möglichen Risiken durch Sonneneruptionen gewarnt. Zwar seien Prognosen zu Sonnenflecken und Ausbrüchen notorisch unsicher, wie er auf Anfrage einräumt. Doch nach einer mehrjährigen Ruhepause tauchen seit Anfang 2010 wieder vereinzelt Flecken auf, und ihre Zahl wird steigen. Die damit verbundenen Sonnenstürme könnten 2012 so grosse Probleme bereiten, dass man sich vorbereiten sollte, sagt Harrison. Etwa mit einem Reservesystem zur terrestrischen Übertragung von Bildern und Tönen während der Spiele – oder mit gut abgesicherten Kommunikationssatelliten.
Sonne liess Millionen im Dunkeln
Die Warnung ist durchaus ernst zu nehmen. Im März 1989 kam es in den USA und in Kanada infolge eines Sonnensturms zu Stromausfällen. Die in Richtung Erde ausgestossenen Teilchen und Strahlen stoppten den Stromfluss in einer Hochspannungsleitung, ein Transformator in New Jersey überhitzte und fiel aus. In Quebec und den USA sassen Millionen von Menschen während neun Stunden im Dunkeln. Auch Navigationssysteme wurden schon Opfer solarer Ausbrüche: Röntgenstrahlen störten im Dezember 2005 die GPS-Satelliten, wenn auch nur für zehn Minuten. «Wir sind derart abhängig von Kommunikationssystemen im All, dass die Folgen von Sonnenstürmen immer gravierender werden», warnt Harrison.
Würde heute das passieren, was der britische Amateurastronom Richard Carrington vor gut 150 Jahren beobachtete, wären dramatische Auswirkungen sicher. Carrington realisierte als Erster die Auswirkungen einer Eruption auf der riesigen Gaskugel. Er interessierte sich für die geheimnisvollen Sonnenflecken, die auf der Oberfläche des Zentralgestirns periodisch auftauchten und verschwanden. Als er im März 1859 sein Teleskop auf die Sonne richtete, beobachtete er zwei silbrige Fäden hellen Lichts, die sich über einer Gruppe Flecken erhoben und anwuchsen. Kurz darauf war der Spuk vorbei. Am nächsten Tag wunderten sich Menschen weltweit über rote und grüne Polarlichter, nicht nur in den Polarregionen, wo sie normaler-weise auftauchen, sondern auch auf Kuba oder Hawaii. Problematisch war die Auswirkung auf das Telegraphensystem: Wie von Geisterhand begannen die Apparate teilweise von alleine zu ticken, Kurzschlüsse setzten Stationen in Brand und verängstigten die Operateure.
Laut Nasa-Forschern muss es sich um die stärkste Eruption der letzten 150 Jahre gehandelt haben – ein Meilenstein für Carrington und alle Sonnenforscher: Erstmals liess sich ein mit Sonnenflecken zusammenhängendes Ereignis mit direkten Folgen auf der Erde in Verbindung bringen. Carrington nahm an, dass die 150 Millionen Kilometer entfernten Lichtblitze die Erdatmosphäre zum Leuchten brachten, konnte sich aber nicht erklären, wie.
Damals war nicht bekannt, dass Sonnenflecken Aufwölbungen des Magnetfelds auf der Sonnenoberfläche sind. Sonnenflecken sind mit Temperaturen von 3700 Grad Celsius kälter als die knapp 6000 Grad heisse Oberfläche – und riesig: Ein durchschnittlicher Sonnenfleck ist so gross wie die Erdoberfläche. Eruptionen ereignen sich oft in der Nähe von Sonnenfleckengruppen. Auf bis zu einigen Millionen Grad aufgeheizte Teilchenwolken und Strahlen werden ins All geschleudert. Das Magnetfeld der Erde schirmt unseren Planeten zwar vom steten Teilchenstrom der Sonne, dem Sonnenwind, ab. Heftige Eruptionen können diese Barriere jedoch stören oder gar durchbrechen und starke Polarlichter erzeugen, wie Carrington sie beobachtete.
Flecken beflügeln die Phantasie
Das Auftauchen und Verschwinden der Sonnenflecken, die von blossem Auge sichtbar sind (Achtung: Augen schützen!), nährt die Phantasie der Menschen bereits seit Jahrtausenden. Den Griechen etwa missfielen die Flecken, da sie ihrer Vorstellung von einer makellosen Natur widersprachen. Von den Babyloniern ist eine fast 3000-jährige Tontafel erhalten, die eine Sonne mit Flecken zeigt. Und es wird angenommen, dass den Babyloniern der elfjährige Fleckenzyklus bereits bekannt war, den abendländische Astronomen erst im 19. Jahrhundert nachweisen konnten.
Die Beobachtung der Sonnenflecken geht mit der Verehrung des licht- und wärmespendenden Gestirns einher, das von vielen Kulturen ins Zentrum ihrer Riten gestellt wurde, etwa von den Mayas, den Ägyptern, Babyloniern oder Kelten. Inzwischen wurde manches Rätsel gelöst, beispielsweise die Frage, ob nun die Erde um die Sonne kreist oder umgekehrt. Die Entfernung von der Erde, die gigantischen Dimensionen und die Lebensdauer der Sonne sind bekannt (siehe nachfolgende Infos «Die Sonne: Ein heisser Gasball in der Mitte seines Lebens»). Auch das Prinzip der Kernverschmelzung, die in ihrem Innern Energie erzeugt, kennen wir – und wir versuchen, diese Fusion in Reaktoren zu bändigen. Dennoch sind viele Details ungeklärt: «Die Sonne ist rätselhafter, als man denkt», sagt Sami Solanki, Astrophysiker und Direktor des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau.
Gegenwärtig schauen Astronomen besonders aufmerksam in den Himmel, um die Entwicklung des sich anbahnenden Zyklus zu beobachten. So richtig Fahrt gewonnen hat die Sonne noch nicht, im Februar und März wurden nur vereinzelte Fleckengruppen beobachtet. Im Gegensatz zum britischen Forscher Harrison ist Sami Solanki zurückhaltender. «Ich wage zurzeit keine Prognose darüber, wann das Maximum erreicht sein wird», sagt er. «Der sich neu entwickelnde Zyklus ist ein zartes Pflänzchen, und wir wissen nicht, was die gute alte Sonne vorhat.»
In der Regel wird das maximale Vorkommen von Flecken innerhalb des ersten Drittels eines Zyklus erreicht. Doch die Elf-Jahre-Regel ist nur ein Näherungswert, wie der letzte Zyklus zeigte: Er begann Ende 1996, erreichte das Maximum im Jahr 2001 und schwächte sich Anfang 2007 erwartungsgemäss ab. Zunächst sah es so aus, als würde gleich anschliessend eine neue Aktivitätsphase beginnen, doch die Flecken flackerten nur unregelmässig auf und verschwanden praktisch vollständig. So brachte es dieser Zyklus auf überlange 13 Jahre – und die Forscher haben keine Ahnung, weshalb.
Zwischen 2007 und 2009 blieb es auf der Sonne während 800 Tagen still. «Das ist die längste Ruhephase seit 1910 und ein Hinweis darauf, dass sich zurzeit Ungewöhnliches abspielt», sagt Sami Solanki. Wie ungewöhnlich, zeigt eine Analyse der letzten 400 Jahre. Das Jahr 1610 markiert den Beginn regelmässiger Aufzeichnungen. Damals begannen die Astronomen Johann Fabricius und Galileo Galilei in Deutschland und Italien, Sonnenflecken mit Teleskopen zu beobachten.
Die Auswertung der seither gewonnenen Daten zeigt eine besondere Aktivität im 20. Jahrhundert, zeitweise bildeten sich auf der Sonnenoberfläche zahlreiche Fleckengruppen mit rund 200 Sonnenflecken pro Monat (siehe nachfolgender Hinweis «Der Sonnenfleckenzyklus»). «So aktiv wie in den vergangenen 60 bis 70 Jahren war die Sonne in den letzten vier Jahrhunderten nie», sagt Solanki. Er spricht von einem Grand-Maximum, das sich durch eine Abfolge mehrerer starker Zyklen auszeichnet. Ein Maximum, das nun auszulaufen scheint und den Beginn eines Grand-Minimums markieren könnte, also einer Reihe von schwachen Zyklen.
Das ist zwar nur eine Hypothese, aber es gibt mehrere Hinweise, dass die Sonne sich in einer Übergangsphase befindet: Ihre Totalstrahlung nimmt seit 1960 leicht, das heisst im Promillebereich ab. Und ihr Magnetfeld, der Motor der Sonnenflecken, schwächt sich ebenfalls ab. «Wir befinden uns in einer sehr spannenden Zeit», schwärmt Sonnenforscher Solanki.
Feuerball: Schon vor Tausenden von Jahren schauten Menschen zum Himmel und rätselten über die Sonne und ihre Flecken.
3000 v. Chr.
Wie viele alte Kulturen huldigten auch die Mayas der Sonne. Das mittelamerikanische Volk, dessen Geschichte bis 3000 v. Chr. zurückreicht, kannte eine Vielzahl von Göttern. Mehrere davon brachte es mit der Sonne in Verbindung, darunter den geflügelten Gott Kukulcán. Wichtigster Sonnengott war Kinich Ahau, der auch als Schöpfer des Universums galt.
3000 v. Chr.
Der Bau der kreisrunden Anlage in Stonehenge wird auf etwa 3000 v. Chr. datiert, einige der tonnenschweren Steine kamen erst später hinzu. Um den Stein-kreis in Südengland ranken sich viele Mythen. Manche Steine sind nach der Sonnenwende und der Tag-und-Nacht-Gleiche angeordnet. Gerätselt wird, ob die Anlage als Observatorium gedient haben könnte.
1350 v. Chr.
Der ägyptische Pharao Echnaton (Diener der Sonne), geboren als Amenophis lV., regierte von 1350 bis 1334 v. Chr. Er gilt als Dichter des Aton-Hymnus, des «grossen Sonnengesangs» zu Ehren des Sonnengotts Aton, der über alle anderen Gottheiten herrschen sollte und damit vorübergehend den altägyptischen Sonnen- und Schöpfergott Re verdrängte.
900 v. Chr.
Die frühesten Hinweise auf Sonnenflecken stammen von den Babyloniern. Ihre Astronomen beobachteten die Gestirne systematisch und beschrieben auf einer Tontafel eine Sonne mit Punkten, die Sonnenflecken darstellen könnten. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass schon die Babylonier den Sonnenfleckenzyklus beobachteten.
ca. 500 v. Chr.
Der Sonnengott Helios aus der griechischen Mythologie wurde ab dem 5. Jahrhundert v. Chr. zunehmend von Apollon abgelöst. Während Helios im von Pferden gezogenen Sonnenwagen von Ost nach West über den Himmel zieht, verkörpert Apollon die Reinheit und Schönheit der Sonne. Als Sohn des Zeus gehört er wie seine Zwillingsschwester Artemis zu den Hauptgöttern.
4. Jh. v. Chr.
Die Chinesen zeigten früh Interesse an kosmischen Vorgängen und waren begabte Astronomen, die den Einfluss des Himmels auf die Erde erkundeten und Buch über ihre Beobachtungen führten. So berichten sie bereits im 4. Jahrhundert v. Chr. über eine Sonnenfinsternis. Um ihre Augen vor dem Licht zu schützen, verwendeten sie dünne Jadesteine oder trübes Glas.
350 v. Chr.
Asiatische Astronomen berichten oft über Sterne und Sonnen, im Abendland bleiben Erkenntnisse aus, was damit zu tun haben könnte, dass Aristoteles um 350 v. Chr. die Erde ins Zentrum des Weltbildes rückte und Philosophen die Sonne als «rein» stilisierten. Erst im 9. Jahrhundert finden sich Notizen zu Sonnenflecken in einer Biographie über Karl den Grossen.
165 v. Chr.
Während die babylonischen Aufzeichnungen zu Sonnenflecken nicht ganz eindeutig sind, gibt es bei chinesischen Dokumenten aus dem Jahre 165 v. Chr. keine Zweifel. Darin wird von dunklen Flecken berichtet, die manchmal auf der Sonne erscheinen. In weiteren schriftlichen Zeugnissen aus den folgenden Jahrhunderten werden regelmässig Sonnenflecken erwähnt.
1128
Der englische Chronist John of Worcester veröffentlicht in seinen Aufzeichnungen die Darstellung von zwei Sonnenflecken, die am 8. Dezember 1128 beobachtet wurden. Zwei schwarze Kugeln seien den ganzen Tag über sichtbar gewesen. Dazu passt die Beobachtung eines roten Polarlichts wenige Tage später in Asien, wovon eine Chronik berichtet.
1610/1611
Die Jahre 1610 und 1611 gelten als Entdeckungsjahre der Sonnenflecken: Der ostfriesische Astronom Johann Fabricius, der Jesuit Christoph Scheiner sowie Galileo Galilei richten Teleskope auf die Sonne. Es kommt zum Disput darüber, wem die Ehre der Entdeckung gebührt. Die Verbreitung des Teleskops löst einen Boom in der Himmelsforschung aus.
1844
Nach Heinrich Schwabe ist heute der elfjährige Zyklus der Sonnenflecken benannt. Der Amateurastronom aus Dessau (D) erkannte 1844 als Erster, dass die Häufigkeit der Sonnenflecken in einem Zyklus zu- und abnimmt. Hinter der Erkenntnis steckt minutiöse Forschung: 40 Jahre lang richtete Schwabe täglich sein Teleskop zur Sonne und machte Notizen.
1852
Schwabes Arbeit wäre wohl in Vergessenheit geraten, hätte sich nicht Rudolf Wolf der Daten angenommen. Der Schweizer initiierte den Bau der Zürcher Semper-Sternwarte (Uni/ETH). Er analysierte Daten zu Sonnen-flecken und Studien zum irdi- schen Magnetfeld, verfeinerte Schwabes Zyklus und erkannte den Zusammenhang zwischen Flecken und Magnetismus.
1859
Am 1. September 1859 wurde der Engländer Richard Carrington Zeuge einer gewaltigen Sonneneruption. Gerade als er dabei war, Sonnenflecken abzuzeichnen, kam es zu einem explosiven Auswurf. Am folgenden Tag wurden auf der Erde bis in subtropische Breiten intensive Polarlichter beobachtet. Kurzschlüsse legten Telegraphenstationen lahm.
1894
Edward Maunder (1851–1928) war ein britischer Astronom. Sein Name ist vor allem mit der Periode zwischen 1645 und 1715 verbunden, die in die Kältephase der Kleinen Eiszeit fällt. Während der Maunder-Phase war die Sonne ungewöhnlich ruhig und zeigte kaum Sonnenflecken. Maunder erkannte diese Ruhephase und wies 1894 erstmals darauf hin.
1908
George Ellery Hale (1868–1938) konnte das magnetische Prinzip bei der Entstehung von Sonnenflecken nachweisen. Dazu untersuchte der Amerikaner das Sonnenlicht mittels eines Spektrographen. Seine Analysen wiesen auf starke Magnetfelder in der Region der Sonnenflecken hin. Bekannt war damals bereits, dass Sonnenflecken kühler als ihre Umgebung sind.
1974/76
Nachdem die USA in den 1960er Jahren eine «Pioniersonde» Richtung Sonne geschickt hatte, erkundeten die europäischen Sonden Helios 1 und 2 in den 70er Jahren unser Zentralgestirn. Sie näherten sich bis auf 50 Millionen Kilometer und lieferten unter anderem Messdaten zu den von der Sonne ausgesandten Teilchen (Sonnenwind) und zu den Magnetfeldern.
1989
Eine Sonneneruption führte am 13. März 1989 in Nordamerika (Quebec, New Jersey) zu einem Stromausfall. Die von der Sonne weggeschleuderten Teilchen störten das irdische Magnetfeld so stark, dass es zu Kurzschlüssen in Transformatoren kam. Laut Nasa-Studien können solche geomagnetischen Stürme jederzeit auftreten und immense Schäden verursachen.
1995
Ende 1995 wurde der Beobachtungssatellit Soho (Solar and Heliospheric Observatory) in den Weltraum geschickt. Er umkreist die Sonne synchron mit der Erde. Seine wichtigsten Aufgaben sind die Überwachung der Oberfläche zwecks Frühwarnung bei solaren Ausbrüchen und die Übermittlung von Bildern. Nach technischen Problemen läuft die Mission nun bis 2012 weiter.
2006
Seit Oktober 2006 umkreisen die beiden Stereo-Satelliten die Sonne. Sie befinden sich auf der Erdbahn – der eine vor, der andere hinter uns. Auf diese Weise können sie dreidimensionale Bilder von Ausbrüchen erstellen und errechnen, wann die weggeschleuderten Teilchen die Erde erreichen. Zur Stereo-Mission gibt es eine kostenlose iPhone-Anwendung (3D-Sun).
Polarlichter – Rot-grüner Himmel am Bodensee: Eine aktive Sonne führte am 30. Oktober 2003 zu einem seltenen Schauspiel: Sogar in unseren gemässigten Breiten waren rote und grüne Polarlichter sichtbar, wie das Bild vom Bodensee zeigt. Polarlichter sind eine direkte Folge der Sonnenaktivität. Aus der Sonnenatmosphäre gelangt ein steter Strom atomarer Teilchen ins All. Dieser Sonnenwind wird durch Sonnenflecken verstärkt und gelangt zur Erde, wo die Teilchen auf das Erdmagnetfeld treffen und in die oberen Schichten der Erdatmosphäre eintreten. Sie laden die Luftgase in der Atmosphäre auf und regen sie zum Leuchten an – wie in einer gigantischen Leuchtstoffröhre. Grünes Polarlicht entsteht durch angeregte Sauerstoffatome in rund 100 Kilometern Höhe, rotes Licht durch Anregung von Sauerstoffatomen ab etwa 200 Kilometern Höhe. Ange-regte Stickstoffatome senden ein violettblaues Licht aus. Polarlichter sind bei ruhiger Sonne nur in Gegenden über den 60. Breitengraden zu sehen: als Aurora borealis im Norden oder Aurora australis im Süden. Text und Bild: Andreas Walker
Steht uns gar wieder bevor, was als Maunder-Minimum in die Geschichte einging? Edward Maunder lebte von 1851 bis 1928, doch sein Name ist mit einer ungewöhnlichen Phase der Sonnenflecken zwischen 1645 und 1715 verbunden. In der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts konnten die Himmelsgucker praktisch keine Sonnenflecken wahrnehmen, und manch einer verwarf das 1610 wiederentdeckte Phänomen als Unsinn. Die Ruhephase gab auch den seltsamen Ideen des William (alias Friedrich Wilhelm) Herschel den Rest. Der nach England ausgewanderte deutsche Astronom sichtete 1781 als Erster den Planeten Uranus. Herschel war ein brillanter Astronom, hatte aber die eigenwillige Vorstellung von einer Sonne, die im Innern kalt und von Lebewesen bewohnt ist. Er wollte nicht wahrhaben, dass die Sonne nur Licht- und Energiespender sein sollte, und schrieb ihr aus philosophischen Prinzipien Leben zu. Sonnenflecken wären demnach die Fenster dieser Kreaturen gewesen – ihre Abwesenheit sprach aber gegen seine These.
Edward Maunder ging wissenschaftlich präziser vor und beugte sich über die Datenreihen der Vergangenheit. Er erkannte im Datenwust eine Ruhezeit im 17. Jahrhundert und machte seine Kollegen darauf aufmerksam. Zunächst wollte das niemand hören, denn die mächtige Sonne galt als stabil; langfristige Unregelmässigkeit (Variation) – worauf die fleckenlose Zeit hinwies – widersprach den gängigen Vorstellungen. Bis die britische Astronomin und Historikerin Agnes Clerke 1894 auf Maunders Analyse stiess. Sie wusste durch eigene Studien, dass für jene Zeitspanne keine Polarlichter dokumentiert waren, und untermauerte damit Maunders Befund, denn man hatte damals bereits erkannt, dass zwischen Sonnenaktivität und Polarlichter ein Zusammenhang besteht.
Sonnenmission - Datenströme ohne Ende: Ein besseres Verständnis der Vorgänge auf und in der Sonne verspricht der Sonnensatellit SDO (Solar Dynamics Observatory). Am 11. Februar dieses Jahres flog die Sonde an Bord einer Atlas-V-Rakete ins All, seither umkreist sie synchron zur Erde die Sonne. Der 3100 Kilogramm schwere Satellit überwacht und erforscht die Sonne mit drei Instrumenten: Ein Aufnahmesystem mit vier Teleskopen fotografiert die Korona und die Sonnenatmosphäre in verschiedenen UV-Bereichen – alle zehn Sekunden werden Bilder geschossen. Ein zweites Gerät namens EVA misst die energiereiche Strahlung im extremen UV-Bereich. Und schliesslich erkundet ein bildgebendes System die Magnetfelder auf und in der Sonne. Temperaturen im Innern können durch die Messung von Schallwellen rekonstruiert werden, die durch die Bewegungen der heissen Gase entstehen. Nie wurde die Oberfläche der Sonne präziser vermessen, erklären Nasa-Ingenieure. Die Bilder oben zeigen frühere Aufnahmen der Sonne in verschiedenen UV-Bereichen.
Unterdessen haben Untersuchungen der Zyklen seit dem Ende der letzten Eiszeit längerfristige Schwankungen bestätigt. Analysen von Baumringen und Eisbohrkernen der letzten 12'000 Jahre belegen immer wieder längere Ruhephasen, die durchschnittlich alle 500 Jahre auftreten können. Solanki vermutet deshalb, dass die Sonne nach einer «ausschweifenden Phase dabei ist, zur biederen Normalität zurückzufinden».
Sonne bremst Erderwärmung nicht
Das Maunder-Minimum fiel in die Zeit der Kleinen Eiszeit in Europa, als die Winter sehr kalt und streng waren. Stand die relative Sonnenruhe in Zusammenhang mit dieser Kältephase? Auch drängt sich die Frage auf, ob die aktive Sonnenphase im 20. Jahrhundert Ursache dafür sein könnte, dass sich die Atmosphäre der Erde seit 1860 um durchschnittlich 0,8 Grad erwärmt hat. Antworten darauf sucht unter anderen das Physikalisch-Meteorologische Observatorium in Davos, das die Totalstrahlung der Sonne und deren Veränderungen misst.
Den Forschungsergebnissen zufolge führen die Veränderungen im Auftreten der Sonnenflecken zu einer Schwankung der totalen Sonnenstrahlung um 0,1 Prozent, was nicht ausreicht, um die Erwärmung zu erklären: Laut Direktor Werner Schmutz sind 0,2 bis höchstens 0,4 Grad des Temperaturanstiegs im 20. Jahrhundert auf die Sonnenvariation zurückzuführen. Sami Solanki stimmt zu: «Die Veränderung der Sonnenstrahlung ist nicht der dominierende Faktor der Klimaerwärmung, die wir seit 100 Jahren beobachten.» Abschliessend geklärt sind die Zusammenhänge jedoch nicht, wie auch Solanki einräumt.
Dass die schwächelnde Sonne die prognostizierte Klimaerwärmung kompensieren könnte, ist allerdings höchst unwahrscheinlich. Laut dem Klimatologen Stefan Rahmstorf, Professor am Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung, würde ein 100-jähriges Sonnenflecken-Minimum zu einer Senkung der Temperaturen um rund 0,3 Grad führen, während die Klimaerwärmung – je nach Anstieg des CO2-Gehalts – zwei bis drei Grad betragen würde.
Weltraumwetter gibt Auskunft
Die Erwärmung der Erdatmosphäre wird also auch die Sonne nicht aufhalten. Doch das Phänomen der regelmässig auftauchenden Sonnenflecken drängt sich regelrecht auf, um wiederkehrende Vorgänge auf der Erde mit kosmischen Einflüssen zu erklären. William Herschel, der Mann, der an Leben auf der Sonne glaubte, fand auch einen angeblichen Zusammenhang zwischen Weizenpreisen und der Anzahl Sonnenflecken, mit der Begründung, dass das Getreide zu Zeiten geringer Aktivität teurer war, weil dann die Ernten schlechter ausfielen. Ins gleiche Schema fallen vermutete Einflüsse auf den Fischfang in Russland, Insektenpopulationen in Grossbritannien oder Vogelzüge, die angeblich alle im Takt mit dem Sonnenzyklus schwanken.
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Während Einflüsse aufs Klima und auf das Wachstum von Organismen einigermassen plausibel sind, werden auch absurde Zusammenhänge konstruiert. Ökonomen haben versucht, Wirtschaftskrisen und Börsenkurse mit Sonnenflecken-Zyklen zu erklären. Und es gab den Versuch, Lottogewinnzahlen anhand der Anzahl Sonnenflecken vorauszusagen. Wer zyklische Ereignisse suche, der finde sie, schreibt die Wissenschaftshistorikerin Judit Brody in ihrem lesenswerten Buch «The Enigma of Sunspots» (Das Rätsel der Sonnenflecken). Sie warnt davor, die Gleichzeitigkeit von Ereignissen als Zeichen für deren Zusammenhang zu interpretieren.
Belegt ist hingegen die Störung elektromagnetischer Felder als Auswirkung der Sonneneruptionen. Dafür interessieren sich etwa Kraftwerkbetreiber, Flugbehörden oder Verantwortliche der Satelliten-Kommunikation, die ihre Systeme unter Umständen gefährdet sehen. Um auf Zwischenfälle vorbereitet zu sein, befassen sie sich mit dem Weltraumwetter, über das auch im Internet informiert wird (siehe «Weitere Infos»). Statt der gewohnten Temperatur- und Niederschlagsmeldungen gibt es hier Prognosen über die Zahl der Sonnenflecken, über Eruptionen, Röntgenstrahlen und Teilchenströme. Kürzlich hat die Nasa einen Satelliten losgeschickt, der die Prognosen verbessern soll. Dramatische Ereignisse werden derzeit nicht vermeldet, doch das kann sich rasch ändern. «Trotz relativer Ruhephase kann die Sonne zum wütenden Inferno werden und sengende Magnetbogen ausspeien», sagt Sonnenforscher Harrison.
Die Londoner Olympia-Organisatoren sind gut beraten, die Prognosen für das Weltraumwetter zu beachten. Um zu verhindern, dass die Athleten dann lossprinten, wenn das Blackout droht.
Mitarbeit: Andreas Walker
Die Sonne: Ein heisser Gasball in der Mitte seines Lebens
Seit 4,6 Milliarden Jahren leuchtet unsere Sonne, und sie wird noch einmal so lange weiterleuchten, bevor sie ausbrennt. Ihr Kern macht nur zwei Prozent des Sonnenvolumens, aber 60 Prozent der Masse aus. Mit rund 15 Millionen Grad Celsius ist sie in ihrem Innern so heiss und dicht, dass dort die Kernverschmelzung von Wasserstoff zu Helium stattfinden kann. Energie dringt an die Oberfläche, wo sie als Licht und Wärmestrahlung abgegeben wird.
Die Sonnenoberfläche (Photosphäre) hat eine Temperatur von 6000 Grad. Sie ist nicht fest, sondern ein brodelndes Meer aus leuchtendem Gas. Sonnenflecken erscheinen als dunkle Orte auf der Oberfläche. Sie sind nur 3700 Grad heiss und werden Tage bis Wochen alt. Die Zahl der Sonnenflecken steigt und fällt in einem elfjährigen Zyklus.
Deutlich heisser als die Sonnenoberfläche ist die darüberliegende Atmosphäre: Die Korona weist Temperaturen von über einer Million Grad auf. Von ihr strömt der Sonnenwind in den Weltraum. Zwischen Korona und Photosphäre liegt die Chromosphäre. Dichte Gasmassen, die in die Atmosphäre ragen und durch Magnetbogen festgehalten werden, nennt man Protuberanzen.
Aufbau der Sonne
So entstehen Sonnenflecken
Die elektrisch geladenen Gasflüsse bilden im Innern Magnetfelder, die an die Oberfläche dringen. Das Magnetfeld wird von inneren und äusseren Feldern bestimmt.
Weil die oberen Schichten der Sonne nicht fest sind, dreht sich ihre Oberfläche nicht überall gleich schnell. Die Magnetfelder werden dadurch gedehnt und überlagern sich.
Durch die Überdrehung und Verwicklung der Magnetfelder entstehen Feldschleifen und Sonnenflecken. Der Rhythmus von elf Jahren wird durch die Bewegung der Gasflüsse bestimmt.
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© BeobachterNatur Ausgabe 3 vom 08. Apr 2010 - Alle Rechte vorbehalten