Das Rätsel der fehlenden Sonnenflecken

Startbeitrag von Barbara Vonarburg am 01.07.2009 17:23

Auf der Sonne ist es so ruhig wie seit fast hundert Jahren nicht mehr. Jetzt haben Forscher mögliche Ursachen für dieses seltsame Phänomen entdeckt.

Eigentlich müssten seit Monaten immer wieder dunkle Stellen auf der Sonne auftauchen – Sonnenflecken. Ihre Zahl nimmt normalerweise in einem elfjährigen Zyklus zu und wieder ab. 2007 hätte die Fleckenzahl ihr Minimum erreichen und seither wieder ansteigen sollen. Doch der Sonnenfleckenzyklus verhalte sich ein wenig wie der Aktienmarkt, schreibt die Nasa: «Wenn man denkt, der Tiefpunkt sei erreicht, sinkt er noch weiter.» 2008 beobachteten die Astronomen an 266 von 366 Tagen keine Sonnenflecken. Ein Jahr mit noch weniger Flecken gab es letztmals 1913. Dieses Jahr blieb die Sonne bisher noch häufiger makellos.


Sonnenflecken können grösser als die Erde werden. Dunkel erscheinen sie, weil sie deutlich kälter sind als die rund 5800 Grad heisse Umgebung. Ursache für die Flecken ist der starke Magnetismus, der an diesen Stellen die Sonnenoberfläche durchbricht. Die Magnetfelder der Flecken sind tausendmal grösser als dasjenige der Erde. Hat die Sonn e viele Flecken, ist sie besonders aktiv. Es kommt häufig zu Ausbrüchen, bei denen riesige Mengen Materie ins All herausgeschleudert werden. Dadurch entstehen Schockwellen, die viele Teilchen stark beschleunigen. Erreichen diese die Erde, können sie Polarlichter erzeugen, aber auch geomagnetische Stürme auslösen, Astronauten und Satelliten gefährden oder gar Stromnetze lahmlegen.

Strahlungsenergie auf dem Tiefpunkt

In den vergangenen zwei Jahren war es auf der Sonne viel ruhiger als erwartet. Doch das ist nicht das einzige Phänomen, das die Forscher verblüfft. Auch die gesamte solare Strahlungsenergie, die durchschnittlich auf die Erde traf, erreichte einen Tiefpunkt. «Dieser Wert war 2008 deutlich kleiner als während des letzten Aktivitätsminimums 1996», sagt der Schweizer Sonnenforscher Claus Fröhlich. Er hat in den 90er-Jahren zusammen mit seinem Team am Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos ein Instrument gebaut, das seit fast 14 Jahren an Bord der europäisch-amerikanischen Raumsonde Soho die Sonne beobachtet.

Konstante schwankt

Satelliten messen seit 1978 in Erdnähe die solare Gesamtenergiestrahlung, etwas irreführend auch Solarkonstante genannt. Denn das einzig Konstante daran seien ihre Schwankungen, witzeln Forscher. Allerdings ändert sich die Solarkonstante während eines Sonnenfleckenzyklus nur etwa 0,1 Prozent, wie die Satellitendaten zeigen, die nun fast drei Zyklen abdecken. Auch der tiefe Wert im vergangenen Jahr liegt noch innerhalb dieser Bandbreite. Doch damit habe man erstmals direkt eine langfristige Änderung beobachtet, schreibt Fröhlich in einer Arbeit, die demnächst in der Zeitschrift «Astronomy & Astrophysics» erscheinen wird. Forscher vermuten, dass die Sonne auf diese Weise in der Vergangenheit auch das Klima auf der Erde beeinflusst hat. So weiss man, dass es zwischen 1645 und 1680 besonders wenige Sonnenflecken gab. Dieses nach einem englischen Astronomen benannte Maunder-Minimum fiel mit dem Höhepunkt einer Kälteperiode in Europa zusammen, der Kleinen Eiszeit. Die Menschen litten unter besonders strengen Wintern und Hungersnöten. Aber auch 1901 und 1913 hatten die Sonnenfleckenzyklen tiefe, lange Minima. Damals seien die Gletscher in den Alpen auf dem Vormarsch gewesen, sagt Fröhlich.

Ob während dieser tiefen Sonnenfleckenminima auch die Solarkonstante einen geringeren Wert hatte, versuchen Wissenschaftler seit ein paar Jahren herauszufinden. Die aktuellen Daten sollen helfen, dieses Rätsel zu lösen. Denn Satelliten erfassen nicht nur die gesamte solare Strahlungsenergie, sondern beispielsweise auch das sogenannte offene Magnetfeld der Sonne, das in Erdnähe gemessen werden kann. Dieses zeige ein ähnliches, langfristiges Verhalten wie die Solarkonstante, hat Fröhlich herausgefunden.

Magnetmessungen auf der Erde

Das offene Magnetfeld der Sonne kann man aber auch aus Magnetmessungen auf der Erde ableiten oder aus Eisbohrkernen rekonstruieren. Dabei misst man im Eis den Gehalt eines Berylliumisotops, das durch die kosmische Strahlung entsteht. Weil die kosmische Strahlung vom offenen Magnetfeld der Sonne mehr oder weniger abgeschirmt wird, lassen sich aus den Berylliumdaten Rückschlüsse auf dieses Feld ziehen. Und so könne man nun auch den Wert der Solarkonstante über Jahrhunderte eindeutig zurückverfolgen, behauptet Fröhlich.

In der aktuellen Diskussion um den Klimawandel ist es besonders wichtig, den Einfluss der Sonnenaktivität auf das Klima zu verstehen. Die bis jetzt beobachtete Abnahme der Aktivität könne die globale Erwärmung nicht umkehren, schreibt die Nasa. Und es gebe bereits Anzeichen, dass das Sonnenfleckenminimum nun vorbei sei. Noch wissen die Forscher aber nicht, was die Schwankungen auf der Sonne auslöst, auch wenn es erste Erklärungsversuche gibt.

Auf der Sonne wurde es kälter

Fröhlich schliesst aus seinen Beobachtungen, dass es auf der Sonne während des letzten Zyklus etwas kälter geworden ist. Eine Differenz von 0,2 Grad könnte die beobachteten Veränderungen der Solarkonstante verursacht haben. US-Forscher haben nun eine mögliche Erklärung dafür gefunden, warum es auf der Sonne so wenig Flecken hat. Ihre Resultate könnten vielleicht auch die Temperaturänderung erklären. Rahel Howe und Frank Hill vom Nationalen Solarobservatorium in Tuscon, Arizona, beobachteten im Innern der Sonne eine Ost-West-Strömung, die sich langsamer als gewöhnlich ausbreitet. Solche Ströme, Jetstreams genannt, bilden sich rund alle elf Jahre an den Sonnenpolen. Von dort wandern sie innerhalb von etwa 17 Jahren zum Äquator. Howe und Hill verfolgten den Jetstream, der den nächsten Zyklus starten könnte. Sie bemerkten, dass der Strom für zehn Breitengrade drei Jahre brauchte, statt nur zwei Jahre wie im letzten Zyklusminimum. Mit einem Jahr Verspätung erreiche dieser Jetstream jetzt die aktive Breite von 22 Grad, und nun könne man endlich sehen, wie neue Gruppen von Sonnenflecken auftauchen würden.

Die Strömung liegt in einer Tiefe von 1000 bis 7000 Kilometern unter der Sonnenoberfläche. Direkt beobachten lässt sie sich nicht. Dazu braucht es eine Technik, die Helioseismologie genannt wird. Dabei werden Schwingungen ähnlich wie Erdbebenwellen an der Oberfläche analysiert. Verschieben sich Massen innerhalb der Sonne, so entstehen Druckwellen, die durch das Innere wandern und die Sonne zum Klingen bringen wie eine Glocke.

Unsichere Prognosen

Sowohl Soho als auch ein Netzwerk von Teleskopen auf der Erde messen die Oberflächenschwingungen der Sonne. Um die Jetstreams im Sonneninnern zu verfolgen, kombinierten die Forscher sämtliche Daten. Dennoch bleibt vieles offen. Noch weiss man nicht, wie die Jetstreams an den Polen entstehen und wie sie mit der Sonnenaktivität zusammenhängen. Deshalb ist die Prognose künftiger Zyklen so schwierig. Niemand sah das derzeitige, ungewöhnliche Verhalten der Sonne voraus, und die Entwicklung ist ebenfalls unsicher. Vor zwei Jahren prognostizierten einige Forscher ein starkes solares Maximum im Jahr 2011, andere ein eher schwaches für 2012. Es kann sein, dass es so wenige Sonnenflecken geben wird wie zuletzt bei einem Maximum 1928. Doch selbst dann kann die Aktivität auf der Sonne ernsthafte Probleme auf der Erde verursachen. Bei einem ähnlichen Zyklus, wie er jetzt für 2013 vorausgesagt wird, tobte 1859 ein besonders heftiger geomagnetischer Sturm. Dieser erzeugte nicht nur besonders helle Polarlichter, er elektrifizierte auch Übertragungskabel und setzte Telegrafenbüros in Brand. US-Forscher schätzen in einem kürzlich veröffentlichten Bericht, dass ein vergleichbares Ereignis heute bei unserer Hightech-Infrastruktur Schäden in Billionenhöhe anrichten könnte.



Erstellt: 24.06.2009, 22:32 Uhr

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