Stürme auf der Sonne bedrohen unsere Zivilisation

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Sonnenstürme könnten Schäden an vielen Milliarden Satelliten, Navigations- und Telekommuni­kationssystemen verursachen und das Stromnetz lahmlegen.

Polarlichter (hier über Fairbanks in Alaska) machen die Nacht zum Tag, wenn es auf der Sonnenoberfläche stürmt.
Bild: Keystone

Ungewöhnlich früh sind die Goldgräber in den Rocky Mountains an diesem Septem­bertag im Jahr 1859 auf den Beinen: Kurz nach Mitternacht weckt ein helles Licht sie in ihren Zelten, und sie beginnen, ihre Frühstücksbrote zu streichen. Andernorts kann man mitten in der Nacht die Zeitung lesen, grüne, blaue und blutrote Lichter, die unentwegt über den Himmel huschen, geben eine schaurige, aber helle Beleuch­tung ab. Bis hinunter nach El Salvador sind die Polarlichter zu sehen.

Die Beamten in den Telegrafenämtern haben ganz andere Sorgen. Die seltsamen Lichter setzen Freileitungen unter Strom und das Telegrafenpapier in Flammen; im­mer wieder durchzucken Stromschläge die Morseapparate. In Baltimore braucht ein Telegrafist 14 Stunden, um ein paar dünne Zeilen zu den mysteriösen Ereignis­sen zu übermitteln.

Hightech-Gesellschaft in Gefahr

Heute, 150 Jahre später, sind Forscher überzeugt: Ein Sonnensturm, vielleicht der gewaltigste seit Menschengedenken, war für die Phänomene damals verant­wortlich. Er traf die Erde völlig unvorbe­reitet, schliesslich wussten die Astrono­men zu jener Zeit nicht einmal, wie Polar­lichter entstehen. Aber der Sturm traf auch auf eine Erde, die technisch kaum entwickelt war, und richtete kaum Schä­den an. Heute sähe das ganz anders aus.

«Mögliche Schäden durch das Welt­raumwetter sind Anlass zu wachsender Sorge», warnt die amerikanische Akade­mie der Wissenschaften in einem Bericht, den sie vor wenigen Wochen präsentierte. Darin heisst es auch: «Würden sich die Er­eignisse von 1859 wiederholen, hätte das beträchtliche wirtschaftliche und soziale Störungen zu Folge.» Strom- und Wasser­versorgung könnten zusammenbrechen, Satelliten den Betrieb einstellen, der Zah­lungsverkehr stoppen. Ohne GPS- und Te­lekommunikationssysteme kämen weite Teile des öffentlichen Lebens zum Erlie­gen. Der ökonomische Schaden könnte 2000 Milliarden Dollar erreichen – zehn­mal so viel wie beim Hurrikan Katrina.

Normalerweise ist die Sonne ein recht friedlicher Stern. Die Kernfusion in ihrem Innern erzeugt das Licht und die Wärme, die das Leben auf der Erde möglich ma­chen. Von Zeit zu Zeit läuft aber auch im Kraftwerk Sonne nicht alles rund. Dann kommt es auf der Oberfläche zu gewalti­gen Eruptionen, die grosse Mengen Strah­lung und geladener Teilchen ins All beför­dern. Um verlässlich angeben zu können, häufig und wie intensiv diese Ausbrü­che sind, fehlen den Forschern langjährige Aufzeichnungen. Sie haben allerdings ei­nen Trick gefunden, die Geschichte ver­gangener Eruptionen nachzuzeichnen: Weil die Protonen, die die Sonne bei ihren extremen Ausbrüchen in Richtung Erde schleudert, mit dem Stickstoff der Atmo­sphäre reagieren, fällt jedes Mal eine kleine Menge Nitrat zum Boden herab.

Sonnenspuren in Eisbohrkernen

Als Margaret Shea und ihr Team vom Forschungszentrum der US-Luftwaffe in Maryland Bohrkerne aus Grönland und aus der Antarktis untersuchten, konnten sie Nitratspuren eindeutig ausmachen. Insgesamt stiessen sie im Zeitraum von 1561 bis 1950 auf die Spuren von 19 Sonnen­eruptionen. Der Sturm von 1859 war fast doppelt so stark wie alle anderen Aktivitä­ten. Statistisch betrachtet, dürfte eine der­artige Katastrophe die Erde somit nur alle 500 Jahre heimsuchen.

David Hathaway, Solarphysiker beim US-Raumfahrtamt Nasa, warnt allerdings, solche Aussagen allzu wörtlich zu neh­men. Die Statistiken seien alles andere als stichhaltig. «Zudem wissen wir über Son- neneruptionen noch immer zu wenig, um eine Wiederholung der Ereignisse von 1859 zu unseren Lebzeiten ausschliessen zu können.» Bis zum nächsten katastro­phalen Ausbruch könnten 300 Jahre verge­hen, vielleicht aber auch nur 30 Tage.

Auch kleinere Sonnenaktivitäten seien für die Erde gefährlich, schreiben die Na­sa- Astronomen Sten Odenwald und James Green in der Zeitschrift «Scientific Ameri­can »: Rund alle 50 Jahre werde der Planet von einer Sonneneruption heimgesucht, die etwa halb so stark sei wie der Sturm 1859. Zuletzt sei dies 1960 der Fall gewe­sen. «Wenn wir uns nicht wappnen, könn­ten heute die direkten und indirekten Kos­ten eines derartigen Sturms so hoch aus­fallen wie bei einem starken Hurrikan oder einem Erdbeben», sagt Odenwald.

Satelliten leben gefährlich

Erstes Opfer wären die Satelliten. Be­reits die alltägliche kosmische Strahlung, die auf ihre Sonnensegel prasselt, verrin­gert die Leistungsfähigkeit der Solarzellen Jahr für Jahr um zwei Prozent. Die Plasma­teilchen einer Sonneneruption würden in­nerhalb weniger Stunden die Lebensdauer eines Satelliten um ein bis drei Jahre redu­zieren. Zudem sei mit Hunderten Pannen in der Elektronik zu rechnen – bis zum Ausfall kompletter Transponder. Allein die Schäden an den Satelliten würden sich auf 20 bis 70 Milliarden Dollar summieren. Schon heute versuchen Satellitenbetrei­ber, ihre teuren Trabanten bei Gefahr von den einfallenden Teilchen wegzudrehen und riskante Manöver zu vermeiden.

Atmosphäre dehnt sich aus

Keinen Schutz gibt es gegen eine andere Begleiterscheinung solarer Eruptionen: Die Röntgenstrahlung, die die Sonne in Zeiten erhöhter Aktivität aussendet, pumpt zusätzliche Energie in die Atmo­sphäre. Die Lufthülle dehnt sich aus, die Luftmoleküle vergrössern die Reibung im erdnahen Weltall. Dadurch werden alle Raumfahrzeuge, die in weniger als 600 Ki­lometer Höhe kreisen, abgebremst. Sie drohen innerhalb weniger Wochen abzu­stürzen. Einem japanischen Forschungs­satelliten ist das im Jahr 2000 bereits zum Verhängnis geworden – während eines re­lativ leichten Sonnensturms.

Die Röntgenstrahlung kann zudem die Kommunikation zwischen Erde und Satel­lit stören. So brachte die Sonne im Dezem­wie 2005 die Signale des Navigationssys­tems GPS durcheinander. Die Störung dau­ert nur zehn Minuten; für Louis Lanzerotti, Herausgeber der Fachzeitschrift «Space Weather», war das aber lange genug: «Ich möchte während der Zeit nicht in einem Flugzeug gesessen haben, das sich im GPS­gesteuerten Landeanflug befand.» Da die geladenen Sonnenteilchen die oberen Atmosphärenschichten ionisieren, wird auch der Funkverkehr gestört. Be­troffen sind besonders Flugzeuge auf Routen am Nordpol, wo die steil herausra­genden Feldlinien des Erdmagnetfelds we­nig Schutz bieten. Während kleinerer Son­neneruptionen im Januar 2005 musste al­lein United Airlines 26 Flüge umleiten, be­richtet Manager Michael Stills. Zusätzli­che Tankstopps seien nötig geworden, es habe Verspätungen von bis zu dreieinhalb Stunden gegeben.

Stundenlang ohne Strom

Eigentlich schützt das Erdmagnetfeld den Planeten vor solchen Phänomenen. Im Fall extrem starker Sonnenaktivitäten wird es aber selbst zum Opfer: Die gelade­nen Teilchen quetschen und schütteln es derart stark, dass ein geomagnetischer Sturm über die Erde fegt. Dieser kann in den Kabeln des Stromnetzes gewaltige Ströme induzieren, das Netz bricht zusam­men. Infolge eines Sonnensturms waren 1989 sechs Millionen Kanadier neun Stun­den lang ohne Strom.

Heute wären die Folgen deutlich schlimmer, warnt der US-Report. Die Stromnetze bilden internationale Ver­bunde, Sicherheitsreserven sind kaum mehr vorhanden. Nach Berechnungen von John Kappenmann, der im Auftrag der ka­lifornischen Firma Metatech elektromag­netische Störungen analysiert, könnte in den USA ein mittelmässiger Sonnensturm 350 Transformatoren ausschalten und 150 Millionen Menschen im Dunkeln sitzen lassen. Rasch wäre auch die Wasserver­sorgung betroffen, sagt Kappenmann. «Verderbliche Nahrungsmittel und Medi­kamente gehen nach 24 Stunden verloren, Klimaanlagen fallen aus, das Telefonnetz bricht zusammen, der Benzinnachschub stockt und so weiter.»

Mit Messgeräten auf Satelliten und am Boden versuchen die Nasa und die Euro­päische Esa, das Weltraumwetter vorher­zusagen. Fehlalarme und verpasste Son­nenstürme seien aber an der Tagesord­nung, kritisiert die amerikanische Akade­mie der Wissenschaften. Zudem sei die Technik auf Forschungsfragen ausgelegt, es fehle eine zuverlässige Beobachtungs­plattform. Auch Sten Odenwald und James Green fordern, die Investitionen in Vor­hersage, Modellierung und Grundlagen­forschung zu verdoppeln – zum Schutz vor dem nächsten grossen Sonnensturm. «Nicht wenige Kollegen», so die Nasa­Wissenschaftler, «erinnert die gegenwär­tige Vorhersage solarer Eruptionen an die Art und Weise, wie Anfang der 50er-Jahre das Wetter prognostiziert wurde.» (Tages-Anzeiger)

Erstellt: 10.02.2009, 09:13 Uhr