Sonnenaktivität

Veränderung der Häufigkeit von Sonnenflecken seit 1610.

Graph über verschiedene Parameter der Sonnenaktivität seit 1975.

Graph der Sonneneinstrahlung bezogen auf das gesamte Wellenspektrum seit 1975.

Unter der Sonnenaktivität versteht man eine sich zyklisch verändernde Eigenschaft der Sonne, die sich am auffälligsten in der Häufigkeit der Sonnenflecken zeigt. Obwohl die Sonnenflecken eine niedrigere Temperatur als die übrige Sonnenoberfläche haben, strahlt die Sonne während des Aktivitätsmaximums mit einer geringfügig höheren Leistung als im Sonnenfleckenminimum. Die Sonnenaktivität ist verantwortlich für Ereignisse des Weltraumwetters und wirkt sich direkt auf Satelliten, aber auch auf technische Einrichtungen auf der Erde aus. Sie beeiflußt darüber hinaus das Polarlicht, die Ionosphäre und damit die Ausbreitung der Radiowellen auf der Erde^[1].

Messung der Sonnenaktivität

Sonnenfleckenrelativzahl

Die Sonnenflecken werden seit dem 17. Jahrhundert systematisch beobachtet und gehören damit zu den astronomischen Größen, die am längsten nach modernen wissenschaftlichen Methoden beobachtet werden. Ein Maß für die Sonnenaktivität ist die Sonnenfleckenrelativzahl:

$\mathrm{R} = \mathrm{k} (10\,\mathrm{g}\,+\,f)$

k ist ein Korrekturfaktor, g ist die Anzahl der Fleckengruppen und f die Zahl der Einzelflecken. ^[2]

Radiointensität

Ein weiteres Maß für die Sonnenaktivität ist die Radiointensität der Sonne bei der Wellenlänge von 10,7 cm. Diese Intensität korreliert mit der Relativzahl und wird mit radioastronomischen Methoden bestimmt.

Zyklen

Der auffälligste Zyklus ist der etwa 11-jährige Schwabe-Zyklus nach Samuel Heinrich Schwabe. Aufeinanderfolgende Maxima der Sonnenfleckenrelativzahl folgen in diesem zeitlichen Abstand aufeinander.

Seit mit dem Zeeman-Effekt das Sonnenmagnetfeld als Ursache der Sonnenflecken bekannt ist, kann auch deren magnetische Polarität bestimmt werden. Auf einer solaren Hemisphäre wechselt die magnetische Polariät der Sonnenflecken vom einen zum nächsten Zyklus. Dem 11-jährigen Zyklus liegt also ein doppelt so langer Zyklus zugrunde, der 22-jährige Hale-Zyklus.

Es gibt vermutlich noch weitere Zyklen, z.B. der 80-90-jährige Gleißberg-Zyklus, entdeckt von Wolfgang Gleißberg.

In Hinblick auf Probleme für Weltraum-Missionen bei hoher Aktivität hat die Prognose der Sonnenaktivität erhöhte Bedeutung erhalten. Wolfgang Gleißberg hat eine Prognose-Methode entwickelt, die auf dem Vergleich mehrerer, aufeinander folgender Zyklen beruht. ^[3]

Strahlungsspektrum und Ursprung

Seit einigen Jahrzehnten stellt die Sonnenforschung fest, dass Sonnenaktivität in anderen Bereichen des Spektrums noch stärker spürbar ist, beispielsweise wird der solare Radioflux als Aktivitätsindikator herangezogen. Auch die Nord- oder Polarlichter hängen damit zusammen.

Die Strahlungsenergie der Sonne stammt aus Kernfusion von Wasserstoff zu Helium im Kern der Sonne und gelangt durch Teilchen (Neutrinos), Strahlungstransport und Konvektion nach außen. Durch Wechselwirkungen entsteht ein breites Strahlungsspektrum von Gammastrahlung über UV bis in den Radiowellenbereich. Dabei gibt es groß- und kleinräumige Temperaturunterschiede, Gasausbrüche und vereinzelte Strahlungsstürme im Röntgen-, UV- und Radiowellenbereich.

Geschichte

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts befindet sich die Sonne in einer ungewöhnlich aktiven Phase, wie Forscher der Max-Planck-Gesellschaft meinen. Die Sonnenaktivität ist demnach etwa doppelt so hoch wie der langfristige Mittelwert, und höher als jemals in den vergangenen 1000 Jahren. Ein internationales Forscherteam hat die Sonnenaktivität der vergangenen Jahrtausende untersucht. Seit dem Ende des letzten Glazials war die Sonne demnach selten so aktiv wie seit den 1940er-Jahren bis heute. Wie Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland und der Schweiz in der Zeitschrift Nature (28. Oktober 2004) berichten, muss man über 8.000 Jahre in der Erdgeschichte zurückgehen, bis man einen Zeitraum findet, in dem die Sonne im Mittel ebenso aktiv war wie in den vergangenen 60 Jahren. Forscher um Sami Solanki vom Max-Planck-Institut (MPI) für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau haben die Sonnenaktivität anhand von schweren Kohlenstoff-Atomen (C14-Teilchen) zurückverfolgt. Aus dem Studium früherer Perioden mit hoher Sonnenaktivität sagen die Forscher voraus, dass die gegenwärtig hohe Aktivität der Sonne wahrscheinlich nur noch wenige Jahrzehnte andauern wird.^[4][5]

Heiße Gaswolken, Flares und Polarlichter

Starke Magnetfelder bei großen Sonnenflecken (Typ E, Typ F) können Wolken heißen Gases aus den Außenschichten der Sonne ins All schleudern. Diese Gaswolken sind elektrisch geladen und stören daher das Erdmagnetfeld, wenn sie nach einigen Tagen bei der Erde ankommen.

Flares sind plötzliche Strahlungsausbrüche in den äußeren Schichten, die einige Minuten bis Stunden dauern. Dabei wird verstärkte Gammastrahlung, UV- und Radiostrahlung beobachtet. Auch energiereiche atomare Partikel (Elektronen, Protonen, Heliumkerne) können emittiert werden.

Ein geomagnetischer Sturm bleibt meist unbemerkt. Schwere Stürme können aber Satelliten, elektrische Anlagen oder Funkverbindungen stören, was in den vergangenen Jahren mehrmals vorkam. Während die erhöhte Strahlenbelastung während eines magnetischen Sturms auf der Erdoberfläche ungefährlich ist, kann sie jedoch in der Raumfahrt und auf manchen Langstreckenflügen gefährlich sein.

Nach Angaben des Geoforschungszentrums Potsdam legte der bislang größte Sonnensturm der Geschichte am 1./2. September 1859 die gerade eingeführten Telegrafenleitungen lahm und erzeugte Polarlichter, die noch in Rom und Havanna sichtbar waren. Auch im Herbst 2003 waren Polarlichter bis in den Süden Deutschlands und in Österreich zu beobachten.

Jedes Sonnenobservatorium dient neben der Beobachtung von Sonnenflecken auch zur Messung von Flares und Strukturen der Sonnenkorona. Es gibt neuerdings spezielle Satelliten, welche verstärkte Gaswolken von Flares schon lange vor dem Eintreffen auf der Erde registrieren. Auch von Stereo-Satelliten der Nasa erhofft man sich neue Informationen über die Physik der Sonne und ihrer Anomalien.^[6]

Von Andrew Ellicott Douglass wurde vermutet, dass das Wachstum der Bäume von der Sonnenaktivität abhängen könnte.

Weblinks

• Hyperaktive Sonne. Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, 28 Oktober 2004, abgerufen am 24. September 2011. 
• Warnung der NASA für den kommenden Sonnensturm 2010–2012
• Spaceweather.com / Tagesaktuelle Daten zur Sonnenaktivität (englisch)
• Grundlageninformationen zur Sonne. Volkssternwarte Paderborn, abgerufen am 31. August 2009. 
• The Sunspot Cycle. NASA Marshall Space Flight Center, abgerufen am 31. August 2009 (englisch). 
• The Sun. In: The Nine 8 Planets. Abgerufen am 31. August 2009 (englisch). 
• The Solar & Heliospheric Observatory (englisch)
• Das aktuelle Weltraumwetter, National Weather Service. (englisch)

Einzelnachweise

1. ↑ Arnold Hanslmeier: Einführung in Astronomie und Astrophysik. Spektrum Verlag, 2. Auflage 2007. S. 237, ISBN 978-3-8274-1846-3
2. ↑ Arnold Hanslmeier: Einführung in Astronomie und Astrophysik. Spektrum Verlag, 2. Auflage 2007. S. 220, ISBN 978-3-8274-1846-3
3. ↑ Wolfgang Gleißberg: Die Häufigkeit der Sonnenflecken. Akademie-Verlag, Berlin 1953
4. ↑ Hyperaktive Sonne. In: pro-physik.de. 28. Oktober 2004, abgerufen am 24. September 2011. 
5. ↑ Sonnenaktivität bis zur Eiszeit zurückverfolgt. In: Netzeitung. 28. Oktober 2004, abgerufen am 31. August 2009. 
6. ↑ Nasa fotografiert Sonne erstmals in 3D. 24. April 2007, abgerufen am 24. September 2011.