Forscher, die sonnenähnliche Sterne sowie historische Beweise aus Baumringen und Gletschereis untersuchen, legen nahe, dass extreme Sonnenereignisse, einschließlich Superflares, häufiger auftreten als bisher angenommen. Die Ergebnisse, die aus Daten von Tausenden von Sternen stammen, die Kepler beobachtet hat, deuten darauf hin, dass heftige Sonnenstürme ein normaler Teil der Sonnenaktivität sind, und unterstreichen die Notwendigkeit einer effektiven Weltraumwettervorhersage und des Schutzes der technologischen Infrastruktur der Erde.
Die Sonne ist ein instabiler Stern, wie die ungewöhnlich starken Sonnenstürme in diesem Jahr beweisen, die selbst in niedrigen Breiten atemberaubende Polarlichter erzeugten. Aber wird unser Star noch extremer? Hinweise auf die heftigsten Sonnenausbrüche sind in jahrtausendealten Baumringen und Gletschereis erhalten. Allerdings liefern diese natürlichen Aufzeichnungen nur indirekte Beweise, was es schwierig macht, zu bestimmen, wie oft solche Ereignisse auftraten. Eine direkte Messung der Sonnenstrahlung ist erst seit Beginn des Weltraumzeitalters möglich.
Um das langfristige Verhalten der Sonne besser zu verstehen, haben sich Wissenschaftler den Sternen zugewandt. Moderne Weltraumteleskope überwachen Tausende von Sternen und verfolgen Veränderungen ihrer Helligkeit im Laufe der Zeit. Superflares, die in kurzer Zeit mehr als eine Billiarde Joule Energie freisetzen, erscheinen in diesen Beobachtungen als Spitzen.
„Wir können die Sonne Jahrtausende lang nicht beobachten“, erläutert MPS-Direktor und Co-Autor Professor Sami Solanki die Grundidee der Untersuchung. „Wir können jedoch das Verhalten von Tausenden von Sternen, die unserer Sonne sehr ähnlich sind, über kurze Zeiträume beobachten. Dies hilft uns abzuschätzen, wie oft Superflares auftreten“, fügte er hinzu.
In der aktuellen Studie analysierte ein Team bestehend aus Forschern der Universität Graz (Österreich), der Universität Oulu (Finnland), des National Astronomical Observatory of Japan, der University of Colorado Boulder (USA) sowie der Paris-Saclay Commission for Atomic and Alternative Energies und der Université de la Cité in Paris Daten von 56.450 sonnenähnlichen Sternen, die zwischen 2009 und 2013 vom NASA-Weltraumteleskop Kepler beobachtet wurden „Kepler-Daten liefern uns Hinweise auf Sternaktivität über 220.000 Jahre“, sagte Professor Alexander Shapiro von der Universität Graz.
Der Schlüssel zu dieser Studie liegt in der sorgfältigen Auswahl der zu berücksichtigenden Sterne. Schließlich soll der gewählte Stern ein besonders enger „Verwandter“ der Sonne sein. Daher akzeptieren Wissenschaftler nur Sterne, deren Oberflächentemperaturen und Helligkeit denen der Sonne ähneln. Die Forscher schlossen außerdem viele Fehlerquellen aus, etwa kosmische Strahlung, vorbeiziehende Asteroiden oder Kometen sowie nicht-sonnenähnliche Sterne, die in den Kepler-Bildern versehentlich in der Nähe sonnenähnlicher Sterne explodieren könnten. Dazu analysierte das Team sorgfältig jedes Bild eines potenziellen Superflares (nur wenige Pixel groß) und zählte nur die Ereignisse, die zuverlässig einem der ausgewählten Sterne zugeordnet werden konnten.
Auf diese Weise fanden die Forscher 2.889 Superflares auf 2.527 der 56.450 beobachteten Sterne. Das bedeutet, dass ein sonnenähnlicher Stern im Durchschnitt etwa alle hundert Jahre einen Superflare erzeugt.
„Hochleistungs-Dynamoberechnungen dieser sonnenähnlichen Sterne erklären leicht den magnetischen Ursprung der intensiven Energiefreisetzung bei solchen Superflares“, sagte Co-Autor Dr. Allan Sacha Brun von der Paris-Saclay-Kommission für Atom- und Alternativenergien und der Université Paris-Cite.
überraschend oft
„Wir waren sehr überrascht, dass sonnenähnliche Sterne so häufig Superflares erleben“, sagte Erstautor Dr. Valeriy Vasilyev vom MPS. Frühere Untersuchungen anderer Forschungsgruppen haben ergeben, dass Superflares im Durchschnitt zwischen tausend und sogar 10.000 Jahren auftreten. Allerdings konnten frühere Studien die genaue Quelle der beobachteten Flares nicht bestimmen und mussten ihre Untersuchungen auf Sterne beschränken, die auf den Teleskopbildern keine allzu nahen Nachbarn hatten. Die aktuelle Studie ist die bisher genaueste und sensibelste.
Studien, die nach Beweisen für heftige Sonnenstürme auf der Erde suchen, haben auch gezeigt, dass die durchschnittliche Zeit zwischen extremen Sonnenereignissen länger ist. Wenn der Strom energiereicher Teilchen von der Sonne besonders hoch ist, erzeugen sie nachweisbare radioaktive Atome wie das radioaktive Kohlenstoffisotop 14C. Diese Atome werden dann in natürlichen Archiven wie Baumringen und Gletschereis abgelagert. Daher kann auch Tausende von Jahren später durch die Messung der Menge an 14C mit moderner Technologie auf einen plötzlichen Zustrom hochenergetischer Sonnenteilchen geschlossen werden.
Auf diese Weise konnten die Forscher fünf extreme Sonnenpartikelereignisse und drei Kandidatenereignisse in den letzten 12.000 Jahren des Holozäns identifizieren, mit einer durchschnittlichen Auftrittsrate von einem alle 1.500 Jahre. Es wird angenommen, dass das heftigste Ereignis im Jahr 775 n. Chr. stattgefunden hat. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass es in der Vergangenheit noch viel mehr solcher heftigen Teilchenereignisse und Superflares gegeben hat. „Es ist immer noch unklar, ob riesige Flares immer von koronalen Massenauswürfen begleitet werden und welche Beziehung zwischen Superflares und extremen Sonnenpartikelereignissen besteht. Dies erfordert weitere Untersuchungen“, bemerkte Co-Autor Professor Ilya Usoskin von der Universität Oulu, Finnland. Daher kann es sein, dass die Häufigkeit von Superflares bei der Betrachtung terrestrischer Beweise für vergangene extreme Sonnenereignisse unterschätzt wird.
Vorhersage gefährlichen Weltraumwetters
Die neue Studie verrät nicht, wann die Sonne wieder ausbrechen wird. Die Ergebnisse mahnen jedoch zur Vorsicht. „Die neuen Daten sind eine klare Erinnerung daran, dass selbst die extremsten Sonnenereignisse Teil der natürlichen Aktivität der Sonne sind“, sagte Co-Autorin Dr. Natalie Krivova, MPS. Das Carrington-Ereignis von 1859 war einer der heftigsten Sonnenstürme der letzten 200 Jahre, bei dem Telegrafennetze in weiten Teilen Nordeuropas und Nordamerikas zusammenbrachen. Es wird geschätzt, dass die damit verbundenen Flares nur ein Prozent so viel Energie freisetzen wie Superflares. Heute sind neben der Infrastruktur auf der Erdoberfläche auch Satelliten gefährdet.
Daher sind zuverlässige und zeitnahe Vorhersagen die wichtigste Vorbereitung auf schwere Sonnenstürme. Beispielsweise können Satelliten vorsorglich abgeschaltet werden. Ab 2031 wird die Raumsonde Vigil der ESA bei den Prognosebemühungen helfen. Von seinem Standpunkt im Weltraum aus wird es die Sonne von der Seite betrachten und Prozesse erkennen, die zu gefährlichem Weltraumwetter auf unserem Planeten führen könnten, viel früher als erdgestützte Sonden. MPS entwickelt derzeit polarimetrische und magnetische Bildgeber für diese Mission.
Zusammengestellt von /scitechdaily