Alle Flüge in den Vereinigten Staaten sind eingestellt. Ist die Ursache tatsächlich eine „epische“ Sonneneruption?

Das Jahr 2023 ist angebrochen und alle sind allmählich zu ihrem lebhaften Zustand zurückgekehrt. Die Sonne scheint die Einsamkeit nicht ertragen zu können und macht bei dem Spaß mit: Am 6., 9. und 10. Januar Pekinger Zeit explodierten nacheinander drei starke Eruptionen auf der Sonne. Daraufhin wurde am 11. Januar (Eastern Time) der zivile Luftverkehr der USA lahmgelegt und alle Flüge im Land eingestellt.

Einige Medien brachten die Sonnenaktivität während dieses Zeitraums mit der Aussetzung des Flugverkehrs in den Vereinigten Staaten in Verbindung und behaupteten, diese „gewaltigen“ Sonneneruptionen hätten die geomagnetischen Stürme verursacht, die zur Aussetzung des Flugverkehrs in den Vereinigten Staaten geführt hätten.

Beobachtungsbild im extremen Ultraviolettbereich des Flares der Stärke 1,9 am 9. Januar. Der Blitz links ist die Flare-Explosion. (Bildnachweis: NASA)

Aber ist das wirklich der Fall?

Die einfache und direkte Antwort lautet: Die jüngsten Sonneneruptionen sind nicht der Grund für die Aussetzung des US-Flugverkehrs, und diese Eruptionen sind alles andere als „episch“, aber Sonneneruptionen, einschließlich Sonneneruptionen, können tatsächlich Auswirkungen auf den Flugverkehr der Zivilluftfahrt auf bestimmten Strecken haben.

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Was ist der Grund für die Aussetzung der US-Flüge?

Laut den auf der Website der Federal Aviation Administration (FAA) veröffentlichten Nachrichten zur Flugverbotsregelung in den gesamten Vereinigten Staaten war der Grund für die allgemeine Flugverbotsregelung in den gesamten Vereinigten Staaten eine Lahmlegung des NOTAM-Systems (NOtice To Air Missions) zur Ausgabe von Navigationshinweisen. Vor und während des Fluges müssen Piloten und alle am Flugbetrieb beteiligten Abteilungen dieses System nutzen, um wichtige Informationen zur Flugsicherheit und -effizienz zu erhalten. Nach dem vorläufigen Untersuchungsergebnis der FAA wurde der Ausfall des NOTAM-Systems durch einen Fehler im System selbst verursacht und hatte nichts mit der Sonneneruption zu tun.

Die FAA gab eine Erklärung zur Flugaussetzung ab, in der sie erklärte, dass der Ausfall des NOTAM-Systems möglicherweise auf Probleme mit den eigenen Datenbankdateien zurückzuführen sei. (Bildquelle: FAA)

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Handelt es sich wirklich um eine „epische“ Sonneneruption?

Um zu verstehen, ob die drei jüngsten Ausbrüche „episch“ waren, müssen wir uns das Ausmaß der Ausbrüche ansehen. Eine Sonneneruption ist ein lokaler Ausbruch plötzlich erhöhter Strahlung auf der Sonne. Die Klassifizierung von Flares basiert auf dem Maximalwert der weichen Röntgenintensität (genauer gesagt „Fluss“, der hier nicht im Detail erläutert wird), die bei der Flare-Explosion freigesetzt wird.

Zunächst ordnen wir Flares von schwach bis stark in verschiedene Levelbereiche wie A, B, C, M, X ein und ermitteln anschließend den Zahlenwert nach dem Buchstaben anhand der spezifischen Intensität eines Flare-Ereignisses. Wir können die Buchstaben einfach als „Klasse“ des Flares verstehen und die Zahlen nach den Buchstaben als „Punktzahl“ des Flares in der Klasse.

Die drei Eruptionen, die im Januar 2023 ausgebrochen sind, waren X1.2, X1.9 und X1.0. Sie sind zwar das stärkste X-Level in der Flare-Familie, aber es besteht immer noch eine große Lücke zum „epischen“ Level.

Der stärkste jemals registrierte Strahlungsausbruch war ein Strahlungsausbruch der Klasse X28, der sich am 4. November 2003 ereignete. Die Klassifizierung als X28 beruhte nicht auf genauen Messungen, da die Intensität des Strahlungsausbruchs zu diesem Zeitpunkt die Reichweite der Messinstrumente auf dem Satelliten überschritt und der tatsächliche Pegel möglicherweise höher als bei X28 ist.

Die „Scoreline“ für die 15 stärksten Flares der Geschichte liegt ebenfalls bei Stufe X9,0, was viel höher ist als die Intensität dieser Flares im Januar 2023. Um eine Analogie zu verwenden: Die verschiedenen Flares der X-Klasse im Januar 2023 sind daher wie eine etwa 1,8 Meter große Person in einer Menschenmenge. Obwohl sie als groß gelten können, sind sie nicht so groß wie Yao Ming und können nicht als „episch“ bezeichnet werden.

Gemessen an den tatsächlichen Auswirkungen auf die Erde konzentrieren sich die Auswirkungen dieser Eruptionen auf die Erde hauptsächlich auf Anomalien der Kurzwellenkommunikation, die durch Veränderungen in der Ionosphäre verursacht werden. Das Space Weather Prediction Center der USA gab nach dem Ausbruch des X1.9-Flares eine Warnung der Stufe R3 für die Qualität der Hochfrequenz-Funkkommunikation in Erdnähe heraus. Die Agentur verfügt über fünf Stufen von Funkwarnungen, wobei R3 die mittlere Stufe ist. Diese Warnstufe wird während eines 11-jährigen Sonnenaktivitätszyklus durchschnittlich 175 Mal ausgegeben. Allerdings hat sich die Umgebung hochenergetischer Partikel in Erdnähe nicht wesentlich verändert, und in der ersten Januarhälfte 2023 gab es nur einen schwachen geomagnetischen Sturm. Alles in allem sind die Auswirkungen dieser Flares auf die Weltraumumgebung in Erdnähe relativ begrenzt.

Gleichzeitig können Flares selbst keine geomagnetischen Stürme auslösen. Obwohl Flares und ein weiteres Phänomen von Sonneneruptionen, koronale Massenauswürfe (CMEs), oft paarweise auftreten, so wie Blitze die Erde nicht benetzen können, sondern es die vom Himmel fallenden Regentropfen sind, die alles ernähren, sind es normalerweise koronale Massenauswürfe und nicht Flares, die starke geomagnetische Stürme auslösen.

Bild eines koronalen Massenauswurfs in einem Koronographen. Koronale Massenauswürfe und Sonneneruptionen treten häufig gemeinsam auf und die Explosionsprozesse können miteinander in Zusammenhang stehen, es handelt sich jedoch nicht um dasselbe Phänomen. (Bildnachweis: NASA)

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Welche Auswirkungen haben Sonneneruptionen auf die zivile Luftfahrt?

Kann die zivile Luftfahrtindustrie nun beruhigt sein, was die Auswirkungen von Sonneneruptionen angeht, nachdem ein direkter Zusammenhang zwischen diesem Sonneneruptionsereignis und Flugausfällen ausgeschlossen wurde? Die Antwort ist ebenfalls nein.

Wenn man bei einem Flug von Nordamerika nach Ostasien Faktoren wie den kürzesten Weg auf der Erdkugel und die Richtung der Luftzirkulation berücksichtigt, ist es wirtschaftlicher und effizienter, die Route über die Arktis zu wählen, als den Pazifischen Ozean zu überqueren. Dies kann den Fluggesellschaften helfen, Treibstoffkosten zu sparen und die Flugzeit für Besatzung und Passagiere zu verkürzen.

Am Beispiel der Strecke Boston–Hongkong können bei Verwendung der Polarroute jedes Mal 138 Minuten Flugzeit und 33.000 US-Dollar an Flugkosten eingespart werden. Von Ende Oktober bis Anfang November 2003 machte jedoch eine Reihe starker Sonneneruptionen, darunter der stärkste Ausbruch der Klasse X28 in der Geschichte, einige arktische Routen unbenutzbar. Die FAA verlangte von den Fluggesellschaften, für die Fortsetzung ihrer Flüge Routen in niedrigeren Breitengraden zu wählen, was zu einem höheren Treibstoffverbrauch und längeren Flugzeiten führte.

Bedingungen auf der Polarroute von Oktober bis November 2003. Aufgrund der nachlassenden Zuverlässigkeit der HF-Funkverbindungen mussten Flüge, die ursprünglich über Polar-3-Routen flogen, auf Polar-4-Routen oder sogar Routen in noch niedrigeren Breitengraden umsteigen. (Bildquelle: NOAA)

Der Hauptgrund für die Unterbrechung der Route war der Verlust des Hochfrequenzfunks in den Polarregionen. Aufgrund der kargen Landmasse und der unbewohnten Arktis ist es nicht möglich, entlang dieser Routen UKW-Funkstationen zu installieren, die üblicherweise zur Flugsicherung eingesetzt werden. Die einzige Möglichkeit besteht darin, auf das HF-Band mit seiner größeren Übertragungsdistanz zurückzugreifen. An der Spitze der Erdatmosphäre befindet sich eine Schicht, die Ionosphäre genannt wird. Die Qualität der HF-Funkkommunikation wird direkt von der Ionosphäre gesteuert. Wenn Sonneneruptionen drastische Veränderungen in der Ionosphäre verursachen, steht das HF-Band, das ursprünglich für die Fernübertragung geeignet war, nicht mehr zur Verfügung. Da die Fluglotsen den Flugverkehr in den Polarregionen nicht effektiv steuern können, müssen einige Polarrouten gesperrt werden. Obwohl in Gebieten mit niedrigeren Breitengraden auch HF-Funkübertragungen bei transozeanischen Flügen betroffen sind, kann ein Teil der Kommunikation dennoch aufrechterhalten werden, indem man sich auf Kommunikationssatelliten in geostationären Umlaufbahnen verlässt, während die Arktis für Kommunikationssatelliten in geostationären Umlaufbahnen einen blinden Fleck darstellt.

Strahlenwarngebiet von Oktober bis November 2003. Das Gebiet ist rot markiert. Die Zivilluftfahrtbehörde empfiehlt, dass Flüge in diesem Gebiet ihre Reiseflughöhe verringern, um die Strahlendosis zu verringern. (Bildquelle: NOAA)

Selbst wenn die HF-Kommunikation in der Arktis wiederhergestellt werden kann, stellt die Strahlung immer noch ein Risiko dar, das beim Fliegen in Polarregionen berücksichtigt werden muss. In den Polarregionen sind die Strahlungseffekte der Sonnenaktivität am stärksten auf den Flugverkehr der Zivilluftfahrt zurückzuführen. Wenn Sie nicht mehrmals pro Woche zwischen Nordamerika und Ostasien hin- und herreisen, besteht darüber natürlich kein Grund zur Sorge. In Zeiten relativ ruhiger Sonnenaktivität beträgt die Strahlendosis für einen einzelnen Flug über die Polarregionen zwischen 0,1 und 0,2 mSV. Die zuständigen Behörden empfehlen, dass die jährliche Obergrenze der Strahlendosis während eines Fluges 1 mSV beträgt.

Bei ungewöhnlich starker Sonnenaktivität sollten Sie allerdings auf die jeweiligen Strahlungsbedingungen achten. Im Jahr 1859 kam es zu einer wahrhaft gewaltigen Sonneneruption. Würde sich das gleiche Ereignis heute wiederholen, könnte die Strahlenbelastung durch einen einzigen Polarflug bis zu 20 mSV betragen. Wenn wir zu diesem Zeitpunkt weiterhin in die Polarregionen fliegen, birgt dies gesundheitliche Risiken für Passagiere und Besatzungsmitglieder. Natürlich behalten auch die Weltraumwetterüberwachungs- und -vorhersageagenturen verschiedener Länder die Situation der „Flugzeugstrahlung“ genau im Auge. Zwischen Oktober und November 2023 gaben die zuständigen Behörden eine Mitteilung heraus, in der sie empfahlen, bei Langstreckenflügen oberhalb des 35. Breitengrads die Reiseflughöhe von 40.000 Fuß auf 36.000 Fuß zu senken. Dadurch steigt zwar auch der Treibstoffverbrauch, allerdings kann die strahlenschützende Wirkung der Atmosphäre besser ausgenutzt und die Gesundheit von Passagieren und Besatzungsmitgliedern geschützt werden.

Die Sonnenaktivität hat einen 11-Jahres-Zyklus. Da die Sonne allmählich aus dem „Schlaf“ der Minimalperiode Ende 2019 erwacht und sich allmählich ihrer Maximalperiode in den Jahren 2024–2025 nähert, wird es in den nächsten Jahren immer mehr Sonnenaktivitäten geben, die Auswirkungen auf alle Aspekte der Erde haben können.

In der heutigen Welt der fortgeschrittenen Internetkommunikation übertreiben und interpretieren einige Berichte Nachrichtenfakten auf unrealistische Weise, um die eigene Aufmerksamkeit zu steigern. Es wird jedem empfohlen, den von den Mainstream-Medien und maßgeblichen Kanälen, wie etwa dem Account „Science Popularization China“, veröffentlichten Informationen größtmögliche Aufmerksamkeit zu schenken.

Quellen:

1. „Weekly Review“ und Überwachungsdaten veröffentlicht vom Space Environment Forecast Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, http://www.sepc.ac.cn/.

2. NOAA, 2004, Servicebewertung: Intensive Weltraumwetterstürme 19. Oktober – 7. November 2003

3. NOAA, 2004, Technisches Memorandum OAR SEC-88, HALLOWEEN-WELTRAUMWETTER-STURME VON 2003

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Li Huichao Harbin Institute of Technology (Shenzhen)

Hersteller: China Science Expo