Zusammenfassung:
Im Mai 2024 fegte ein äußerst seltener geomagnetischer Sturm über die Welt, und das wunderschöne Polarlicht drang selten tief in niedrige Breiten vor und versetzte unzählige Sterngucker in Erstaunen. Dieses als „Gannon-Sturm“ oder „Muttertagssturm“ bekannte Superereignis brachte jedoch nicht nur visuelle Spektakel mit sich, sondern sein geomagnetischer SYM-H-Index stürzte auf -518 Nanotesla ab und wurde nach dem Sturm vom November 2004 zum zweitstärksten geomagnetischen Sturm der Welt seit 1981.
Hoch am Himmel, wo das Polarlicht scheint, spielt sich in der Magnetosphäre der Erde eine ungewöhnliche Szene ab, die das traditionelle Verständnis der astronomischen Gemeinschaft untergräbt: Ein internationales Team bestehend aus wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen wie der Universität Nagoya in Japan entdeckte kürzlich, dass der Sonnenwind, der damals auf die Erde traf, zwar extrem dicht war, die überwiegende Mehrheit der Kernionen, die diesen Jahrhundertsturm dominierten, jedoch nicht vom Sonnenwind im Weltraum, sondern aus der erdeigenen Ionosphäre stammten.
Die Kernmagnetfeldstörung geomagnetischer Stürme wird hauptsächlich durch Ringströme dominiert. Unter Ringströmen versteht man hochenergetische Ionenströme (hauptsächlich Wasserstoffionen und Sauerstoffionen), die sich Tausende bis Zehntausende Kilometer vom Äquator entfernt langsam um die Erde bewegen. Das von ihnen erzeugte umgekehrte Magnetfeld gleicht das Erdmagnetfeld am Boden teilweise aus. Seit Jahrzehnten wird in der Wissenschaft darüber diskutiert, wie viel der Materie im Ringstrom vom Sonnenwind und wie viel von der elektrisch geladenen oberen Atmosphäre der Erde (der Ionosphäre) stammt. Traditionellen Spekulationen zufolge dürften Sonnenwindionen eine entscheidende Rolle spielen, da der Supersturm im Mai 2024 durch die direkte Bombardierung hochdichten Sonnenwinds verursacht wird, der durch die kontinuierliche heftige Explosion von Sonnenflecken und die Verschmelzung mehrerer magnetisierter Plasmawolken entsteht.
Die neuesten direkten Nachweisdaten, die in Science Advances veröffentlicht wurden, haben diese Annahme jedoch völlig zunichte gemacht. Der von der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der Universität Nagoya gemeinsam betriebene Satellit „Arase/ERG“ durchquerte das Ringstrombildungsgebiet im Frühstadium und in der Spitzenphase des Sturms genau. Das vom Satelliten getragene Präzisionsinstrument gelang nicht nur die erste gleichzeitige Beobachtung von Ringstromionen und Sonnenwind in einem supergeomagnetischen Sturm derselben Stärke, sondern zeichnete auch ein beispielloses Materialzusammensetzungsverhältnis auf – Daten zeigen, dass etwa 85 % der hochenergetischen Ionen im Ringstrom Sauerstoffionen aus der Ionosphäre der Erde sind und der tatsächliche Beitrag von Sonnenwindionen minimal ist.
Die aus der Ionosphäre freigesetzten Sauerstoffionen sind viel schwerer als die leichten Teilchen, die der Sonnenwind mitbringt. Die extreme Dominanz dieser schweren Ionen verstärkt die Magnetfeldstörung erheblich. Als der Sturm seinen Höhepunkt erreichte, beobachtete „Arase“ einen starken Abfall der Magnetfeldstärke um bis zu 40 % am Perigäum, etwa 16.000 Kilometer von der Erde entfernt. Der Abstand zwischen dem Kernstörungsbereich und der Oberfläche hat den erdnahen Extremwert früherer ähnlicher Aufzeichnungen deutlich aufgefrischt. Begleitet von dieser beispiellosen starken Magnetfeldverzerrung erlebten auch hochenergetische Elektronen in dieser Region gleichzeitig einen starken Abfall und ein starkes Entweichen.
Dieses bahnbrechende Messergebnis löst nicht nur das Rätsel der Grundlagenphysik, sondern hat auch weitreichenden Anwendungswert in der realen Welt. Supergeomagnetische Stürme können ein direktes Strahlungsrisiko für umlaufende Raumfahrzeuge darstellen, die GPS-Navigation und Funkkommunikation beeinträchtigen und sogar die Stromnetze am Boden beschädigen und großflächige Stromausfälle verursachen. Bestehende Weltraumwettervorhersagemodelle haben sich lange zu sehr auf Sonnenwindparameter verlassen. Neue Erkenntnisse zeigen, dass der Zustand der oberen Erdatmosphäre auch die Obergrenze der Zerstörungskraft megageomagnetischer Stürme bestimmt. Dieses Forschungsergebnis liefert auch starke wissenschaftliche Unterstützung für Japans in Vorbereitung befindliche Doppelsatellitenmission der neuen Generation „FACTORS“. Diese Mission wird insbesondere untersuchen, wie die atmosphärischen Ionen der Erde in die Magnetosphäre entweichen und geomagnetische Stürme „anheizen“. Es wird erwartet, dass es in Zukunft die Genauigkeit von Warnungen vor extremem Weltraumwetter erheblich verbessern wird.
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