Wird die „Umkehrung des Sonnenmagnetfelds“ eine Katastrophe herbeiführen? Keine Angst!

Gerücht: „Das Magnetfeld der Sonne steht kurz vor einer Umkehr. Wird das eine Katastrophe für die Erde bedeuten?“

Einige Leute im Internet behaupten, dass sich das Magnetfeld der Sonne bald umkehren werde, was zu einer erhöhten Sonnenaktivität führen werde, die wiederum direkte Auswirkungen auf die Erde habe, Katastrophen mit sich bringe und bei den Menschen Verwirrung und Sorge stifte. Gerüchteanalyse: Das ist Panikmache.
Eine Umkehrung des solaren Magnetfelds ist keine Seltenheit und kommt alle 11 Jahre einmal vor. Es bringt weder eine „Katastrophe“ über die Erde, noch hat es nennenswerte Auswirkungen auf unser tägliches Leben. Veränderungen im solaren Magnetfeld haben einen gewissen Einfluss auf Satellitenoperationen und Weltraummissionen, aber die Auswirkungen werden nicht nur durch eine erhöhte Sonnenaktivität verursacht.

Vielleicht wussten Sie es bereits oder haben es erst nach dem Öffnen dieses Artikels erfahren: In den nächsten ein bis zwei Jahren wird sich das Magnetfeld der Sonne (erneut) umkehren. Diesbezüglich begannen sich viele Menschen Sorgen zu machen und manche begannen sogar zu übertreiben. Sie sagten, dass die Umkehrung des Sonnenmagnetfelds zu einer erhöhten Sonnenaktivität führen und eine katastrophale Katastrophe auf der Erde herbeiführen würde usw. Stimmt das also?

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Lassen Sie mich zunächst das Fazit ziehen: Eine weitere Umkehrung des Sonnenmagnetfelds wird für die Erde und die Menschheit nicht den Untergang bedeuten, aber die Veränderung des Sonnenmagnetfelds wird durchaus Auswirkungen auf Satelliten und Weltraummissionen haben.

Warum sage ich das?

Die Umkehrung des solaren Magnetfelds ist nichts Neues

Der Begriff „Umkehrung des solaren Magnetfelds“ klingt besonders groß, und da die Sonne eng mit unserem Leben verbunden ist, macht sich jeder möglicherweise Sorgen um seine eigene Sicherheit. Doch davor besteht kein Grund zur Angst. Es stellt sich heraus, dass die „Umkehrung des solaren Magnetfelds“ selbst im Kontext unserer kurzen Lebensspanne von nur hundert Jahren kein seltenes Ereignis ist – das solare Magnetfeld kehrt sich im Durchschnitt etwa alle elf Jahre um. Der magnetische Nordpol wandert von der Nordhalbkugel der Sonne zur Südhalbkugel oder von der Südhalbkugel zur Nordhalbkugel. Auf diese Weise wird alle 22 Jahre ein kompletter „Haier-Zyklus“ (Hale, nicht der Hersteller von Haushaltsgeräten) abgeschlossen.

Freunde, die diesen Artikel verstehen, sollten im Grunde mindestens eine Umkehrung des solaren Magnetfelds oder sogar mindestens einen 22-jährigen Hale-Zyklus erlebt haben! Jetzt, da alle wohlbehalten sind (die meisten von ihnen können sich wahrscheinlich nicht an die Umkehrung des Magnetfelds erinnern, die sie erlebt haben …), zeigt dies nur, dass diese Art von Sonnenaktivität für die Menschen auf der Erdoberfläche überhaupt keine große Sache ist und dass das Gerücht, dass die Umkehrung des solaren Magnetfelds eine Katastrophe mit sich bringen würde, kontraproduktiv ist. Obwohl die Umkehrung des solaren Magnetfelds nicht direkt eine Katastrophe für die Erde und die Menschheit mit sich bringt, wird sie zwar gewisse Auswirkungen haben, deren Reichweite jedoch außerhalb der Erdatmosphäre liegt.

Ist eine geringe Sonnenaktivität in Ordnung?

Die Umkehrung des solaren Magnetfelds markiert den Höhepunkt der Sonnenaktivität. In Jahren hoher Sonnenaktivität treten häufig Sonnenflecken auf und es kommt häufig zu koronalen Massenauswürfen. Wenn die ausgestoßene Masse auf die Erde trifft, verursacht sie magnetische Stürme, die durch Polarlichter in niedrigen Breiten gekennzeichnet sind. Magnetische Stürme können Kommunikationsstörungen, Satellitenausfälle und eine hitzebedingte Ausdehnung der Atmosphäre verursachen und in extremen Fällen zu Stromausfällen führen. Magnetische Stürme können auch dazu führen, dass Polarlichter häufiger auftreten.

Die Nachrichten über magnetische Stürme sind jedem bereits bekannt. Im vergangenen Jahr 2024 beispielsweise traten in Nordchina aufgrund der starken Sonnenaktivität häufig Polarlichter auf. Im Jahr 2022 wurde auch Musks Starlink-Satellit SpaceX durch einen magnetischen Sturm beschädigt. Allerdings beschränken sich diese Effekte noch immer auf den Bereich außerhalb der Erdatmosphäre.

Da die Sonnenaktivität „bis zum Gipfel klettern“ kann, bedeutet dies, dass noch die Hälfte des Weges „den Berg hinunter“ vor uns liegt – auch die Sonnenaktivität wird geringer. Obwohl es im Vergleich zu Jahren mit hoher Sonnenaktivität so scheint, als seien die Zeiten friedlich und ruhig, verdient tatsächlich auch die „kalte Gewalt“ von Jahren mit geringer Sonnenaktivität Wachsamkeit! Da wir bereits viele Inhalte zu Jahren hoher Sonnenaktivität und geomagnetischen Stürmen behandelt haben, konzentrieren wir uns dieses Mal auf die Auswirkungen von Jahren geringer Sonnenaktivität.

Kosmische Strahlung nutzt die Leere

Als Sonnenplanet ist die Erde ständig von der Sonne „bedeckt“. Der Sonnenwind bläst im interstellaren Raum eine riesige Blase mit einem Radius von mehreren zehn Milliarden Kilometern auf, die sogenannte „Heliosphäre“. Die größte Struktur, die sogenannte heliosphärische Stromschicht, besteht aus Sonnenwindmaterial, das durch das mit der Sonne rotierende Magnetfeld angetrieben wird, und moduliert den Fluss der kosmischen Strahlung aus dem interstellaren Raum.

Der Sonnenwind wird durch das Magnetfeld der Erde abgelenkt. Urheberrechtlich geschütztes Bild. Die Vervielfältigung ist nicht gestattet.

Kosmische Strahlung besteht hauptsächlich aus Protonen und Alphateilchen, die mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit und mit extrem hoher Energie fliegen. Sie können 10 bis 20 Zentimeter dicke Aluminiumplatten (das Hauptmaterial für bemannte Raumfahrzeuge) durchdringen oder den logischen Zustand mikroelektronischer Geräte verändern und so die Sicherheit des Raumfahrzeugs gefährden. Auf der Internationalen Raumstation stammen etwa 80 % der Strahlung, der die Astronauten ausgesetzt sind, aus kosmischer Strahlung. In Jahren hoher Sonnenaktivität kommt es bei einer Umkehr des Magnetfelds zu heftigen Schwankungen der heliosphärischen Stromschicht, die den Angriff der kosmischen Strahlung auf das Sonnensystem blockiert. In relativ ruhigen Jahren mit geringer Sonnenaktivität ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass kosmische Strahlen eindringen. Dank des Schutzes durch die Erdatmosphäre und das Magnetfeld gibt es glücklicherweise nur geringe Auswirkungen auf das tägliche Leben der einfachen Menschen.

Wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist, sind Jahre mit geringer Sonnenaktivität Jahre mit hoher kosmischer Strahlung. Die bemannte Mondlandung meines Landes ist für das Jahr 2030 geplant. In diesem Jahr wird die Sonnenaktivität gering sein. Deshalb müssen wir unsere Vorsichtsmaßnahmen gegen kosmische Strahlung verstärken. Geräte zur Detektion kosmischer Strahlung, wie etwa das „Lasso“, können bis dahin mit ertragreichen Beobachtungsergebnissen rechnen.

Hochenergetische Teilchen aus koronalen Löchern

Als Korona bezeichnet man die äußerste Schicht der Sonnenatmosphäre mit einer Temperatur von bis zu einer Million Grad Celsius und einer Dicke von Millionen Kilometern. Es gibt einige dunklere Bereiche in der Korona, in denen die Energie- und Gasdichte geringer ist als in den umliegenden Bereichen. Sie sehen aus wie Löcher und werden deshalb „Koronallöcher“ genannt. Normalerweise sind geladene Sonnenpartikel im Magnetfeld gefangen, das die Sonne umgibt. Wenn jedoch ein Koronalloch auftritt, entweichen die Partikel von hier mit der doppelten Geschwindigkeit des normalen Sonnenwinds. In Jahren hoher Sonnenaktivität konzentrieren sich die Koronalöcher um die Pole der Sonne und haben nur geringe Auswirkungen auf die Erde. In Jahren geringer Sonnenaktivität treten in der Nähe des Sonnenäquators koronale Löcher auf, die ihre Strahlen auf die Umlaufbahn der Planeten unseres Sonnensystems richten. Ihre Größe und Anzahl nehmen zu.

Obwohl sie nicht so heftig sind wie die koronalen Massenauswürfe während Jahren hoher Sonnenaktivität, sind die koronalen Löcher groß und können lange Zeit bestehen. Während sich die Sonne dreht, überstreicht der hochenergetische Partikelstrom, der aus den koronalen Löchern austritt, die Erde etwa alle 27 Tage und schleudert dabei eine große Zahl geladener Partikel in den äußeren Strahlungsgürtel der Erde (13.000 bis 60.000 Kilometer von der Erde entfernt), was zu möglichen Schäden an dort betriebenen Satelliten (darunter viele Navigations-, Wetter- und Kommunikationssatelliten) führen kann.

Elektrostatik von Satelliten mit hoher Neigung

Auch Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen werden durch die geringe Sonnenaktivität gestört. Interessanterweise wird die Störung jedoch nicht durch den aktiven Angriff der Sonne verursacht, sondern durch ihre passive Sabotage.

Wenn ein Satellit in niedriger Umlaufbahn mit großer Bahnneigung in der Nähe der Erdpole vorbeifliegt, trifft er auf geladene Teilchen, die aus dem „Trichter“ an beiden Enden des Erdmagnetfelds herabströmen. Die Elektronen dieser Partikel sammeln sich auf dem Satelliten. Wenn die Ansammlung ein bestimmtes Niveau erreicht, kommt es zu einer Entladung statischer Elektrizität, die die Sicherheit des Satelliten gefährdet. Glücklicherweise operieren Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen in der Ionosphäre, wo die extreme Ultraviolettstrahlung der Sonne die Erdatmosphäre ionisiert und dabei eine große Zahl freier positiver und negativer Ladungen erzeugt. Die positive Ladung kann die auf der Oberfläche des Satelliten angesammelten Elektronen neutralisieren und den Aufladeeffekt des Satelliten abmildern.

In Jahren geringer Sonnenaktivität nimmt jedoch der Ionisierungsgrad in der Ionosphäre aufgrund der Abnahme der extremen Ultraviolettstrahlung ab, und die Versorgung mit positiven Ladungen kann nicht mithalten. Die Gefahr des Aufladungseffekts für Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen wird erheblich zunehmen. Eine 2012 veröffentlichte Langzeitstudie über zwölf Jahre ergab, dass Polarlichter in Sonnenjahren zwar häufiger auftreten, die Häufigkeit elektrostatischer Aufladungen jedoch sehr gering ist und es fast keine Ereignisse mit Aufladungen über 100 Volt gibt. Im Gegenteil: In Jahren mit geringer Sonneneinstrahlung nimmt die Häufigkeit solcher Ereignisse erheblich zu. Im Monat mit der höchsten Sonneneinstrahlung kommt es zu fast 40 Ereignissen, wobei die höchste aufgezeichnete Spannung 2.000 Volt erreicht.

Da Chinas Raumfahrtprogramm weiter voranschreitet und auch ehrgeizige Ziele wie die Erforschung des Mondes und des Mars erreicht, wird das Land in den kommenden Jahren das Tempo der Weltraumforschung beschleunigen. Gleichzeitig sollten wir die Weltraumbedingungen nicht auf die leichte Schulter nehmen, da immer mehr Raumfahrzeuge ins All vordringen. Das durch die Sonnenaktivität verursachte Weltraumwetter ist komplex und wechselhaft, wobei Hoch- und Tiefjahre ihre eigenen Probleme mit sich bringen. Wir müssen die tägliche Überwachung und Prognose der Weltraumumgebung verstärken, um Weltraummissionen zu schützen.

Blick in den Spiegel der Gerüchte

Viele dieser Gerüchte werden mit Hilfe astronomischer Phänomene erfunden und zeichnen sich normalerweise dadurch aus, dass sie Tatsachen übertreiben, Panik erzeugen und eine sensationslüsterne Sprache verwenden, um ernste Konsequenzen zu übertreiben und so die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit zu erregen. Sie nehmen Dinge oft aus dem Kontext und interpretieren wissenschaftliche Phänomene einseitig; Sie ignorieren beispielsweise die Periodizität und Harmlosigkeit der Umkehrung des solaren Magnetfelds und übertreiben lediglich die möglichen negativen Auswirkungen. Darüber hinaus bedienen solche Gerüchte die kognitive Voreingenommenheit der Öffentlichkeit gegenüber der Wissenschaft. Sie nutzen die Angst der Menschen vor dem Unbekannten makroskopischer astronomischer Phänomene aus, um scheinbar vernünftige Spekulationen zu erzeugen und diese dadurch noch ansteckender zu machen. Dabei sollten wir uns nicht von scheinbar hochtrabenden Fachbegriffen täuschen lassen. Führen Sie einfach eine kurze Suche durch und die Gerüchte werden widerlegt.

Verweise

[1]https://www.space.com/sun-magnetic-field-flip-solar-maximum-2024

[2]https://www.researchgate.net/figure/Modulation-of-cosmic-ray-flux-at-Earth-by-the-solar-magnetic-cycle-The-top-panel-depicts_fig4_353010829

[3]https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2011JA016875

Planung und Produktion

Autor: Qu Jiong, ein populärwissenschaftlicher Autor, dessen Werke im Nationalmuseum, der National Space Administration usw. veröffentlicht wurden.

Rezension | Liu Xi, Forscher am Beijing Planetarium, Wissenschaftsfilmregisseur und Autor