// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Extremer Sonnensturm könnte das Erdmagnetfeld viel härter treffen als gedacht
Das Erdmagnetfeld schirmt unseren Planeten gegen den Sonnenwind ab. Bei besonders starken Sonnenstürmen schienen elektrische Ströme in der oberen Atmosphäre bisher einen Grenzwert zu erreichen. Eine neue Datenauswertung deutet nun darauf hin, dass diese scheinbare Begrenzung durch Messunsicherheiten entsteht und heftige geomagnetische Stürme deutlich größere Folgen haben könnten als bisher berechnet.
Greenbelt (U.S.A.). Der Sonnenwind transportiert ständig elektrisch geladene Teilchen und Magnetfelder von der Sonne bis zur Erde. Treffen besonders energiereiche Strömungen auf das irdische Magnetfeld, können sie geomagnetische Stürme auslösen und unter anderem Satelliten, Funkverbindungen und Stromnetze beeinträchtigen.
Bislang galt die Reaktion der irdischen Magnetumgebung auf besonders starke Sonnenwind-Ereignisse als begrenzt. Während elektrische Ströme in Polargebieten bei schwächerem Antrieb zunahmen, schienen sie bei großen Messwerten kaum noch stärker zu werden. Dies ließ auf eine Art natürliche Dämpfung schließen, deren physikalische Ursache trotz zahlreicher Erklärungsversuche ungeklärt blieb.
Forscher um Dr. Nithin Sivadas von The Catholic University of America (CUA) haben nun Messreihen aus den Jahren 1995 bis 2019 neu untersucht. Sie verglichen die Stärke des Sonnenwinds mit der magnetischen Aktivität über den Polarregionen, die sich aus Messungen bodengestützter Magnetometer ableiten lässt. Dabei berücksichtigten sie, wie stark sich Messwerte und tatsächlich wirksamer Sonnenwind auf dem Weg zur Erde unterscheiden können.
Die Intensität des anströmenden Sonnenwinds wird häufig am Lagrange-Punkt L1 gemessen, rund 1,5 Millionen Kilometer sonnenseitig der Erde. Bis die Teilchenströme das Magnetfeld tatsächlich erreichen, können sich ihre Eigenschaften verändern. Auch die Laufzeit lässt sich nicht exakt bestimmen, weshalb zeitlich zugeordnete Messwerte von der realen Belastung abweichen können.
„Wir messen den Sonnenwind weit entfernt von der Erde, und auf dem Weg zu uns verändert er sich auf zufällige Weise. Deshalb ist das, was wir messen, nur eine unsichere Schätzung dessen, was unseren Planeten tatsächlich trifft“, erklärt Dr. Nithin Sivadas.
Solche Abweichungen sind bei Extremwerten besonders folgenreich, weil sehr große Messwerte häufiger über dem tatsächlich wirksamen Wert liegen. Dieser liegt statistisch oft näher am Durchschnitt, ein Effekt, der als Regression zur Mitte bezeichnet wird. Wird ein überschätzter Sonnenwindwert mit einer mäßigeren Reaktion der Erde verglichen, entsteht fälschlich der Eindruck einer natürlichen Obergrenze.
Mit einem statistischen Fehlermodell konnten die Wissenschaftler den zuvor beobachteten Knick in der Messkurve nachbilden, ohne eine physikalische Obergrenze anzunehmen. Anschließend korrigierten sie die Sonnenwindwerte um den berechneten Verzerrungseffekt. Nun stieg die magnetische Reaktion bis zu einer elektrischen Feldstärke von 15 Millivolt pro Meter annähernd linear mit dem Sonnenwind-Antrieb an.
Auch Beobachtungen von Raumsonden näher an der Erde und eine unabhängig ermittelte Messgröße für elektrische Ströme in Polargebieten stützen diesen Trend. Dies spricht dafür, dass die bislang angenommene Sättigung weitgehend durch die Art der Messung und Auswertung zustande kam. Die Untersuchung liefert damit keinen Beleg für eine natürliche Schutzgrenze bei den bisher ausreichend erfassten Sonnenwindstärken.
Für noch extremere Bedingungen ergibt eine lineare Fortsetzung der Kurve allerdings einen deutlich höheren möglichen Effekt. Bei einem angenommenen Sonnenwind-Antrieb von etwa 25 Millivolt pro Meter könnte die geomagnetische Reaktion ungefähr doppelt so stark ausfallen wie zuvor geschätzt. Das ist eine Hochrechnung über die ausreichend beobachteten Werte hinaus und keine direkt gemessene Verdopplung von Schäden.