Da es viele Fragen zum erdnächsten Stern gibt, suchen Wissenschaftler nach Antworten, die entscheidend für die Vorhersage von Sonneneruptionen sind, die Satelliten und andere elektronische Geräte bedrohen.
Während des größten Teils der Menschheitsgeschichte war es schwierig, die Sonne als etwas anderes als eine mächtige Gottheit zu erklären.
Zum Beispiel raste der altgriechische Gott Helios – die Personifikation der Sonne – mit seinem Streitwagen über den Himmel, um Tag und Nacht zu erschaffen, während die alten Ägypter ihren falkenköpfigen Sonnengott Ra als Schöpfer des Universums verehrten.
Starke Überraschungen
Seitdem hat die Wissenschaft herausgefunden, dass sich beispielsweise die Sonne im Durchschnitt alle 28 Tage einmal um ihre Achse dreht. Aber an seinem Äquator dreht sich die heiße Plasmakugel alle 25 Tage einmal, während es an den Polen etwa 35 Tage dauert, wodurch eine wirbelnde Suppe aus kochend heißem Plasma entsteht.
Nichtsdestotrotz kann die Kraft der Sonne immer noch Überraschungen bieten, mit Explosionen, die heftig genug sind, um Kommunikationssatelliten oder Elektronik auf der Erde zu braten. Wissenschaftler warnen vor stärkeren Sonneneruptionen, wenn sich Ende 2024 und Anfang 2025 ein Höhepunkt der Aktivität nähert.
„Es gibt diese turbulente Bewegung in unserem Stern, Konvektion genannt, die ein bisschen so ist, wie Wasser Falten wirft, kurz bevor es kocht“, sagte Professor Sacha Brun, Forschungsdirektor am CEA Paris-Saclay, Teil der French Alternative Energies and Atomic Energy Kommission.
Ein berüchtigter Magnetsturm, der im September 1859 die Erde traf, bekannt als das Carrington-Ereignis, löste spektakuläre Polarlichter weit entfernt von Polarregionen aus und brachte Telegraphensysteme auf der ganzen Welt zum Kochen.
Seitdem sind es mehr geworden. Laut Brun verursachte 1989 ein geomagnetischer Sturm einen Stromausfall in Quebec, Kanada.
Größere Kenntnisse über die Sonne sind erforderlich, um solche Ereignisse vorherzusagen und zu verstehen.
Diese wirbelnde Kugel aus Wasserstoff und Helium ist auch unvorstellbar heiß – mit Kerntemperaturen von 15 Millionen °C. Und es ist gigantisch – mehr als 1 Million Erden passen in die Sonne.
Seine friedliche Präsenz an einem Sommertag täuscht über die intensiven Kernreaktionen in seinem Kern hinweg, die riesige Mengen an Energie erzeugen. Die Sonne ist ein aufgewühlter Plasmaball mit Gasen, die so heiß sind, dass Elektronen aus Atomen herausgeschleudert werden und auf ihrer Oberfläche intensive magnetische Explosionen erzeugen, die Milliarden Tonnen Materie in den Weltraum schleudern.
Magnetischer Charme
Während sie sich dreht, verwandelt sich die mechanische Energie der Sonne in magnetische Energie – ein bisschen wie der Dynamo auf einem Fahrradlicht, wo die Pedalbewegung in magnetische Energie umgewandelt wird.
Auf der Sonne steigen verschlungene Bänder aus Magnetismus auf und brechen als Sonnenflecken aus, dunkle Flecken an der Oberfläche, wo das Magnetfeld 3.000-mal stärker ist als in den umliegenden Gebieten.
Sonnenflecken können jene Sonneneruptionen auslösen, die elektrische Geräte beschädigen. Aber diese Aktivität ist nicht konstant.
„Der Magnetismus der Sonne ist über einen 11-Jahres-Zyklus variabel“, sagte Brun, ein Astrophysiker.
Während dieses Zyklus nimmt die Häufigkeit der koronalen Massenauswürfe zu, von einem alle drei Tage auf durchschnittlich drei pro Tag in der Spitze.
„Je weiter wir in den Zyklus hineingehen, desto mehr Ausbrüche werden von der Sonne ausgehen“, sagte Brun. „Die Menschen wissen nicht, dass die Erde in der turbulenten magnetischen Atmosphäre unseres Sterns badet.“
Es ist also offensichtlich, vorherzusehen, wenn sich solche Sonnenstürme nähern. Beispielsweise hat eine Sonneneruption im Februar 2022 40 kommerzielle SpaceX-Satelliten ausgeschaltet, indem ihre Elektronik zerstört wurde.
Diese energiereichen Teilchen brauchen nur 15 Minuten, um von der Sonne die Erde zu erreichen. Die Bedrohung durch magnetische Wolken dauert normalerweise einige Tage und bietet mehr Zeit, sich auf einen möglichen Angriff vorzubereiten.
Brun ist Co-Leiter eines EU-finanzierten Projekts namens GANZE SONNE die inneren und äußeren Schichten des einzigen Sterns im Sonnensystem der Erde zu verstehen.
Die Initiative läuft sieben Jahre lang bis April 2026 und konzentriert sich auf die inneren Turbulenzen der Sonne und die komplexe Physik, die die inneren Turbulenzen in Magnetismus in den äußeren Schichten umwandelt.
Dafür braucht es die leistungsstärksten Supercomputer der Welt. Die Vorhersage von Sonneneruptionen bedeutet jedoch, dass Wissenschaftler ein besseres Verständnis für das Innere der Sonne gewinnen.
Ein Star ist geboren
Was ist mit der fernen Vergangenheit der Sonne? Es existiert seit 4,6 Milliarden Jahren – 100 Millionen Jahre vor der Erde. Wo und wie es entstanden ist, scheint ein undurchdringliches Rätsel zu sein.
Laut Dr. Maria Lugaro vom Konkoly-Observatorium der Ungarischen Akademie der Wissenschaften ist dies nicht der Fall.
Lugaro, ein italienischer Astrophysiker, erforscht genau diese Frage im EU-geförderten RADIOSTAR Projekt. Es begann im Jahr 2017 und läuft bis August dieses Jahres.
„Wir glauben, dass die Sonne nicht alleine geboren wurde, sondern in einer Sternentstehungsregion, in der es viele Sterne gibt“, sagte Lugaro.
Sie untersucht diese Vergangenheit, indem sie heute chemische Fossilien in Meteoriten untersucht.
Radioaktive Atome sind instabil. Sie setzen Energie frei und zerfallen über eine gewisse Zeit in sogenannte Tochteratome, die messbar sind. Die Töchter sind daher chemische Fossilien, die Informationen über längst vergangene radioaktive Atome liefern.
Lugaros Forschung deutet darauf hin, dass die Sonne aus einer Sternkinderstube stammte, die viele Geschwister enthielt, einschließlich explodierender Sterne – Supernovae. Aber um in die Geschichte der Sonne einzutauchen, muss man zuerst Meteoriten finden, Gesteinsbrocken, die vor der Erde entstanden sind.
Diese Meteoriten können Spuren von radioaktiven Atomen wie Aluminium-26 und Hafnium-182 enthalten. Es ist bekannt, dass diese nur eine gewisse Zeit lebten. Zusammengenommen können Spuren solcher Atome als radioaktive Uhr verwendet werden, um das Alter der Sterne, aus denen sie entstanden sind, im Verhältnis zum Alter der Sonne zu berechnen.
Lebhafter Diskurs
Einige radioaktive Atome werden nur in bestimmten Arten von Sternen hergestellt. Ihre Anwesenheit in Meteoriten hilft, ein Bild vom Geburtsort der Sonne zu rekonstruieren, wenn auch eines, das zur Debatte steht.
Es kann sein, dass die Sonne inmitten von Staub- und Gaswolken in einer stürmischen Region neben überriesigen Sternen und explodierenden Sternen geboren wurde.
Innerhalb von vielleicht 20 Millionen Jahren beginnen die verschiedenen Sterne, ihren eigenen Weg aus der Kinderstube zu finden. Aber die Dinge sind noch lange nicht wissenschaftlich geklärt.
„Jedes Jahr gibt es eine Debatte: Ist die Sonne normal oder ist sie ein seltsamer Stern?“ sagte Lugaro. „Es macht ziemlich viel Spaß.“