Die Sonne ist nicht gerade ruhig, obwohl sie in den schnellen Blicken, die wir mit bloßen Augen stehlen können, ziemlich friedlich erscheint. In Wirklichkeit ist die Sonne jedoch ein dynamischer, chaotischer Körper, der Sonnenwind und Sonnenstrahlung heraussprüht und in großen Plasmaschichten ausbricht. Das Leben in einer technologischen Gesellschaft neben all dem ist eine Herausforderung.
Meistens wärmt die Sonne nur die Erde. Aber manchmal führen seine Ausbrüche zu Sonnenstürmen, die die Erde treffen. Und in unserer elektrifizierten und global kommunikativen Welt können diese Stürme viel Schaden anrichten. Laut der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) kann es allein in Europa zu Schäden in Milliardenhöhe kommen. Wir können unser Stromnetz, unsere Kommunikationssysteme und andere Infrastrukturen vor den durch die Sonne verursachten geomagnetischen Stürmen schützen. Aber wir müssen wissen, wann jemand kommt.
Wenn wir Sonnenstürme genau vorhersagen wollen, müssen wir ihre Quelle beobachten: die Sonne. Während wir die Sonne von der Erde aus sehen können, ist das Magnetfeld der Erde, das uns tatsächlich vor diesen Stürmen schützt, ein Hindernis für die Überwachung der Sonne. Die Atmosphäre blockiert die Röntgen-, extremen UV- und Gammastrahlen der Sonne, was es auch schwieriger macht, die Sonne im Detail zu beobachten.
Es ist nicht so, dass Bodenbeobachtungen der Sonne uns nichts über das Verhalten der Sonne und bevorstehende Sonnenstürme sagen können, es ist nur so, dass sie es nicht alleine schaffen können. Satelliten innerhalb der Erdmagnetosphäre, aber auch außerhalb der Atmosphäre können ebenfalls helfen. Sie nehmen jedoch In-situ-Messungen vor und machen keine Prognosen.
Die ESA plant eine Mission, die uns vor gefährlichen Stürmen warnt. Um effektiver zu sein, muss es sich im Weltraum befinden, weg von der Erdmagnetosphäre. Die Mission heißt Lagrange, und derzeit erwägt die ESA ein Paar Raumschiffe. Einer würde am Lagrange-Punkt 1 sitzen, und der andere würde am Lagrange-Punkt 5 sitzen.
Lagrange-Punkte sind bestimmte Orte im Weltraum, an denen sich die Gravitationskraft von Erde und Sonne gegenseitig ausgleicht, und ein Raumschiff kann mit minimalem Kraftstoffverbrauch lange Zeit in dieser Position bleiben. Es gibt bereits mehrere Raumschiffe in L1 und L2, weitere werden folgen. (Das James Webb-Weltraumteleskop wird in L2 eingesetzt.)
Die Sonne bricht manchmal aus und emittiert riesige Materialklumpen mit Magnetfeldlinien aus koronalen Massenauswürfen. Die meisten dieser Klumpen kommen nicht in die Nähe der Erde. aber gelegentlich schlägt man uns. Und das verursacht hier einen geomagnetischen Sturm, da der Sonnenausbruch vorübergehend die Erdmagnetosphäre überwältigt.
Aber diese Stürme kommen nicht von ungefähr. Sie beginnen mit beobachtbaren Bedingungen auf der Sonne. Die Sonne hat einen 11-Jahres-Zyklus, und der Teil dieses Zyklus mit der größten Sonnenaktivität - und dem größten Sturmpotential - wird als Sonnenmaximum bezeichnet. Während des Sonnenmaximums kommen die meisten Stürme von koronalen Massenauswürfen (CMEs). Zu anderen Zeiten im 11-Jahres-Zyklus werden Stürme auch durch gemeinsam rotierende Interaktionsregionen (CIRs) ausgelöst.
Unabhängig von der Ursache kommen sie alle von der Sonne, und eine genauere Vorhersage ist für alle von Vorteil.
Das Raumschiffpaar würde zusammenarbeiten, um die Sonne zu überwachen. L1 befindet sich im Sonnenwind stromaufwärts. L1-Messungen können Aufschluss über das Weltraumwetter geben, das auf die Erde zusteuert. Die L5-Position gibt uns eine Art Seitenansicht der koronalen Massenauswürfe und ermöglicht bessere Messungen der Geschwindigkeit und Richtung eines CME. Zusammen würden die Informationen bessere Prognosen bedeuten.
"Eine der besten Möglichkeiten, um sich schnell ändernde Sonnenaktivitäten zu beobachten, besteht darin, ein spezielles Raumschiff etwas von unserer direkten Linie zur Sonne entfernt zu positionieren, damit es die 'Seite' unseres Sterns beobachten kann, bevor es sich in Sichtweite dreht", sagte Juha- Pekka Luntama, verantwortlich für das Weltraumwetter im Missionskontrollzentrum der ESA in Darmstadt.
Das L1-Raumschiff würde das tatsächliche Material des auf die Erde zusteuernden Sturms messen und könnte dessen Geschwindigkeit, Dichte, Temperatur und Druck messen. Es kann auch die Stärke und Richtung des interplanetaren Magnetfelds (IWF) messen, bei dem es sich um den Teil des Magnetfelds der Sonne handelt, der vom Sonnenwind der Sonne in den Weltraum gedrückt wird. Die L1-Position ermöglicht es dem Raumschiff auch, die Sonnenscheibe und die Korona zu beobachten und energetische Partikel von der Sonne zu messen.
Die L5-Position liegt 60 Grad hinter der Erde, wenn sie die Sonne umkreist. Das L5-Raumschiff würde die Dinge von der Seite betrachten und die Seite der Sonne sehen, die sich drehen würde, um der Erde zugewandt zu sein. Dieses Raumschiff könnte auch beobachten, wie sich Plasmawolken ausbreiten und zur Erde emittiert werden.
"L5 ist ein ausgezeichneter Ort für eine zukünftige ESA-Weltraumwettermission, da es einen Überblick darüber gibt, was bei der Sonne passiert", sagte Juha-Pekka in einer Pressemitteilung.
"Das Raumschiff würde wichtige Daten liefern, die uns helfen, auf der Erde ankommende Auswürfe zu erkennen, unsere Vorhersagen über die Ankunftszeit auf der Erde zu verbessern und vorab Wissen über aktive Regionen auf der Sonne zu liefern, wenn diese sich in Sichtweite drehen."
Für diese Mission wären die beiden Raumschiffe nicht identisch. Um ihre wissenschaftlichen Aufgaben zu erfüllen, benötigen sie jeweils eine andere Instrumentensuite. Zu diesen Instrumenten gehören Magnetographen, Koronagraphen, heliosphärische Bildgeber, Magnetometer, Spektrometer, Plasmaanalysatoren und andere.
Die Lagrange-Mission würde Teil eines Netzwerks von Beobachtungseinrichtungen sowohl im Weltraum als auch hier auf der Erde werden, die sich der Vorhersage von Weltraumstürmen widmen. Zusammen bilden sie das Space Weather (SWE) -Netzwerk der ESA.
In einer Pressemitteilung erklärt die ESA, dass ein einzelnes extremes Weltraumwetterereignis bis zu 15 Milliarden Euro (16,2 Milliarden US-Dollar) verursachen könnte. Mit einer Vorwarnung könnten sich die Stromnetzbetreiber auf den Sturm vorbereiten und den Schaden verringern sowie sicherstellen, dass die Stromversorgung kritischer Einrichtungen wie Krankenhäuser nur minimal unterbrochen wird. Satellitenbetreiber würden ebenfalls davon profitieren.
Die Mission befindet sich derzeit in der Phase des Designkonzepts. Experten für Weltraumwetter und Instrumentendesign von industriellen und wissenschaftlichen Konsortien in Europa arbeiten daran. Die ESA sagt, dass sie innerhalb von 18 Monaten ein Missionsdesign auswählen werden.
Mehr:
- Pressemitteilung: Lagrange Mission
- Zusätzliche Pressemitteilung: Lagrange Mission
- Space Magazine: Weltraumwettervorhersagen können Satelliten jetzt einen ganzen Tag lang warnen, wenn ein Killer-Sonnensturm eintrifft
