Ist die Sonne für die Hitzewelle auf der Erde verantwortlich?

Im gerade zu Ende gegangenen Sommer herrschten in vielen Teilen der Welt Hitzewellen, und auch in einigen Provinzen meines Landes war es extrem heiß. Wie wir alle wissen, kommen das Licht und die Wärme der Erde von der Sonne. Da die Sonnenaktivität immer intensiver wird, kommt es immer häufiger zu Sonneneruptionen. Ist also die Sonne schuld an der jüngsten Hitzewelle, die uns so viel zugesetzt hat? Welchen Einfluss hat die Sonnenaktivität auf Raumfahrzeuge? Wie sollten Astronauten und Bodenforscher reagieren?

Hitzewelle gibt der Sonne die Schuld

Wenn Sie zur Beobachtung der Sonne ein mit einem Filter ausgestattetes Teleskop verwenden, werden Sie feststellen, dass manchmal einige schwarze Flecken auf der Sonnenoberfläche erscheinen. Dabei handelt es sich um Sonnenflecken, also Bereiche, in denen sich die starken Magnetfelder der Sonne konzentrieren. Man schätzt, dass die Magnetfeldstärke an den Orten, an denen sich Sonnenflecken befinden, etwa tausendmal so groß ist wie die des Erdmagnetfelds.

Sonnenfleck

Die Anzahl der Sonnenflecken ist ein Indikator für die Stärke der Sonnenaktivität. Je mehr Sonnenflecken sich auf der Sonnenoberfläche befinden, desto komplexer sind die Magnetfeldstrukturen auf der Sonnenoberfläche und desto größer ist die Möglichkeit eines Sonnensturms.

Mitte des 19. Jahrhunderts entdeckten Astronomen das sich verändernde Muster der Sonnenfleckenzahl: In einem 11-Jahres-Zyklus nimmt die Zahl der Sonnenflecken zunächst zu, nimmt dann allmählich ab und kehrt schließlich auf das Niveau zu Beginn des Zyklus zurück. Auf der Grundlage historischer Daten legten Astronomen das Jahr 1755 als Beginn des ersten Sonnenaktivitätszyklus fest.

Natürlich beträgt der Sonnenaktivitätszyklus nicht unbedingt 11 Jahre; er kann auch etwas länger oder kürzer sein. Beispielsweise dauerte der Sonnenzyklus 23, der von August 1996 bis Dezember 2008 dauerte, 12,3 Jahre, während der vorherige Sonnenzyklus 22 nur 9,9 Jahre dauerte.

Wir befinden uns derzeit in der Aufwärtsphase des 25. Sonnenaktivitätszyklus: Nach einer „Stille“ um das Jahr 2019 ist die Sonne wieder aktiv geworden und es haben begonnen, in „Gruppen“ Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche zu erscheinen.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Sonne für die jüngste Hitzewelle auf der Erde verantwortlich ist.

Tatsächlich fällt die Energie des sichtbaren Lichts und der von der Sonne abgestrahlten elektromagnetischen Infrarotwellen in die Kategorie der elektromagnetischen Strahlung, und die Leistung ist ziemlich stabil, sodass Sie beim Sonnenbaden keine plötzliche „Explosion“ befürchten müssen. Langfristige Messungen, die von Menschen in Erdnähe durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass der Unterschied in der Strahlungsleistung der Sonne am „Höhepunkt“ und am „Tiefpunkt“ der Sonnenaktivität nur etwa 0,1 % beträgt.

Obwohl Sonneneruptionen, koronale Massenauswürfe und andere Phänomene während der maximalen Sonnenaktivität häufiger auftreten und die Strahlung im extremen Ultraviolett- und Röntgenbereich deutlich erhöht ist, wird der Großteil der Strahlungsenergie der Sonne durch sichtbares Licht, Infrarot und andere Bereiche mit relativ stabiler Leistung transportiert und ändert sich grundsätzlich nicht drastisch mit Änderungen der Sonnenaktivität. Daher müssen die Ursachen für die jüngsten Wetterextreme auf der Erde weiterhin in der Erdatmosphäre gesucht werden.

Drei "Pfeile" schossen auf die Erde

Obwohl die Sonne nicht für die Hitzewellen auf der Erde verantwortlich ist, können Sonneneruptionen die menschlichen Aktivitäten auf andere Weise beeinflussen.

Über Sonnenflecken befindet sich eine komplexe Magnetfeldstruktur. Unter dem Einfluss der Bewegung der Sonnenphotosphäre sammelt das Magnetfeld kontinuierlich Energie, genau wie ein Bogenschütze, der die Bogensehne spannt. Wenn sich die Energie bis zu einem bestimmten Niveau angesammelt hat, wird sie plötzlich freigesetzt und verursacht Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe, bei denen eine große Menge an Materie und Energie wie ein Pfeil auf der Sonnenoberfläche in den Weltraum geschleudert wird.

Konkret werden heftige Sonneneruptionen drei „Pfeile“ ins All schießen.

Der erste „Pfeil“ ist eine starke elektromagnetische Welle, die mit Lichtgeschwindigkeit fliegt und die Erde 8 Minuten nach Ausbruch eines Sonnensturms treffen kann, was zu anormalen Veränderungen in der Ionosphäre und der mittleren und oberen Atmosphäre der Erde führt.

Der zweite „Pfeil“ besteht aus hochenergetischen geladenen Teilchen, die durch Sonneneruptionen erzeugt werden und die Erde Dutzende von Minuten nach dem Ausbruch des Sonnensturms treffen können. Die in ihnen enthaltene Energie reicht aus, um die Schutzschicht des Raumfahrzeugs zu durchdringen und den normalen Betrieb der elektronischen Komponenten des Raumfahrzeugs zu stören.

Der dritte „Pfeil“ flog langsamer und verschaffte der Erde 1 bis 4 Tage „Atemzeit“, gefolgt von koronaler Materie und dem von ihr getragenen koronalen Magnetfeld, das Tausende von Kilometern pro Sekunde zurücklegte. Sie sollten wissen, dass die Energie einzelner Partikel in diesen Substanzen nicht so stark ist wie die des zweiten „Pfeils“, aber das von ihnen getragene koronale Magnetfeld ist wie ein „Schlüssel“, der sich mit der Spitze der Magnetosphäre der Erde „verbinden“ und die „Panzerung“ der Erde öffnen kann und kontinuierlich Materie und Energie in das Magnetfeld der Erde einspeist, wodurch heftige Störungen im gesamten Magnetfeld der Erde ausgelöst werden, was einen geomagnetischen Sturm darstellt.

Während des Super-Sonnensturms von Oktober bis November 2003 verlor der japanische Erdbeobachtungssatellit ADEOS-2 den Kontakt zur Erde und wurde verschrottet. Auch eine wissenschaftliche Nutzlast der weiter entfernten Sonde Mars Odyssey fiel unerwartet aus und konnte nicht wiederhergestellt werden. Spätere Untersuchungen ergaben, dass die Ursache dieser Unfälle die von Sonnenstürmen erzeugten hochenergetischen Partikel waren.

Hochenergetische geladene Teilchen bombardieren elektronische Geräte und können die Informationen in den Geräten verändern, wodurch es zu Fehlfunktionen kommt und die Computer, die jede Bewegung des Raumfahrzeugs steuern, zum Absturz gebracht oder sogar vollständig zerstört werden. Daher müssen bei der Konstruktion eines Raumfahrzeugs unbedingt Indikatoren wie Strahlungsresistenz und elektromagnetischer Schutz sichergestellt werden.

"Flying Masters" Vorsicht

Im Vergleich zu den speziell behandelten Schutzhüllen von Raumfahrzeugen wie Raumschiffen und Raumstationen tragen Astronauten bei Außenbordaktivitäten nur Außenbordanzüge und ihre Schutzmaßnahmen sind begrenzt. Wenn Astronauten den Wetterbericht nicht prüfen und sich bei schlechtem Weltraumwetter dazu entschließen, das Raumschiff zu verlassen, wird ihr Körper schweren Strahlungsschocks ausgesetzt und sie können Verletzungen oder sogar lebensbedrohliche Zustände erleiden.

Daher müssen Astronauten in niedrigen Erdumlaufbahnen bei der Wahl des Zeitpunkts für Außenbordeinsätze die Zeiträume meiden, in denen die Erde erheblich von Sonnenstürmen betroffen ist. Wenn extrem starke Sonnenstürme erwartet werden, müssen die Astronauten auf der Raumstation möglicherweise in besser geschützte Kabinen umziehen, um Schutz zu finden.

Allerdings können sich Astronauten in der robusten Raumstation nicht ausruhen. Unzählige Einschläge winziger Himmelskörper können die Schutzhülle der Raumstation zerstören und auch unbeabsichtigte Strahlung kann das Innere der Raumstation gefährden. Astronauten müssen Notfallpläne vorbereiten, bevor sie ins All fliegen.

Wie wir alle wissen, nimmt die Dichte der Erdatmosphäre mit zunehmender Höhe rapide ab. In Hunderten von Kilometern Höhe im erdnahen Orbit ist die Atmosphäre bereits recht dünn. Für Hochgeschwindigkeitsraumfahrzeuge ist der atmosphärische Widerstand hier jedoch immer noch nicht zu vernachlässigen, ganz zu schweigen davon, dass die starke elektromagnetische Strahlung der Sonne und geomagnetische Stürme zu einer Erhöhung der atmosphärischen Dichte in der Umlaufbahn führen werden.

Als 1973 die erste US-Raumstation Skylab ihren Betrieb im Weltraum aufnahm, gingen Wissenschaftler davon aus, dass sie zehn Jahre lang im Orbit operieren würde. Da die Sonnenaktivität jedoch stärker war als erwartet, stieß Skylab auf größeren Widerstand als erwartet, seine Umlaufbahn sank weiter ab und es stürzte schließlich im Juli 1979 in die Erdatmosphäre, wodurch seine Mission vorzeitig beendet wurde.

Skylab

Kurz gesagt: Das in letzter Zeit vielerorts ungewöhnlich heiße Wetter ist nicht auf eine erhöhte Sonnenaktivität zurückzuführen, aber die durch die Sonnenaktivität verursachten Veränderungen des Weltraumwetters werden erhebliche Auswirkungen auf die Luft- und Raumfahrttechnologiesysteme und viele Aspekte des täglichen Lebens haben. Es verdient die Aufmerksamkeit der Menschen, die Erforschung und entsprechende Präventivmaßnahmen.