Polarlichter und Raumwetter bei Nordlichter

Polarlichter, auch bekannt als Aurora Borealis auf der Nordhalbkugel oder Aurora Australis auf der Südhalbkugel, sind spektakuläre Lichtphänomene am Himmel. Sie entstehen, wenn energiereiche Teilchen des Sonnenwinds auf die Magnetosphäre der Erde treffen und mit Gasen in der Atmosphäre reagieren. Das Ergebnis sind tanzende grüne, rote oder violette Lichter, die vor allem in hohen Breitengraden zu sehen sind.

Die Entstehung und Vorhersage von Polarlichtern hängt eng mit der Sonnenaktivität zusammen. Starke Sonnenstürme senden eine erhöhte Menge geladener Teilchen Richtung Erde. Trifft dieser Sonnenwind auf die Erdmagnetosphäre, können geomagnetische Stürme entstehen, die Polarlichter besonders intensiv und weit sichtbar machen.

Der Begriff Raumwetter beschreibt die komplexe Wechselwirkung von Sonnenstrahlung, Magnetosphäre und Ionosphäre. Raumwetter beeinflusst nicht nur das Auftreten von Polarlichtern, sondern kann auch technische Systeme auf der Erde und in Satelliten beeinflussen, etwa GPS, Funkkommunikation oder Stromnetze. Wer Polarlichter beobachten möchte, profitiert daher von einem Verständnis der Raumwetterbedingungen.

Was ist das Raumwetter?

Raumwetter beschreibt die dynamischen Bedingungen im Weltraum rund um die Erde, die durch die Sonne beeinflusst werden. Es umfasst die Wechselwirkungen zwischen Sonnenstrahlung, Sonnenwind, Magnetosphäre und Ionosphäre. Veränderungen im Raumwetter können Polarlichter auslösen, aber auch technische Systeme auf der Erde und in Satelliten beeinträchtigen.

Zu den wichtigsten Phänomenen des Raumwetters gehören Sonnenstürme, koronale Massenauswürfe (CMEs) und geomagnetische Stürme. Sie können geomagnetisch induzierte Ströme in Stromnetzen erzeugen, GPS-Signale verzögern oder Satelliten stören.

Kurz gesagt: Raumwetter ist die „Wetterlage“ des Weltraums. Wer es versteht, kann nicht nur Naturphänomene wie Polarlichter besser vorhersagen, sondern auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit moderner Technologie gewährleisten.

Sonnenaktivität als Auslöser

Die Aktivität der Sonne ist der Hauptmotor für das spektakuläre Leuchten der Polarlichter. Besonders Sonnenstürme, Sonnenflecken und koronale Massenauswürfe (CMEs) spielen dabei eine zentrale Rolle. Sonnenflecken markieren aktive Regionen auf der Sonne, aus denen häufig starke Strahlungsausbrüche und energiereiche Teilchenströme hervorgehen. Ein CME schleudert riesige Mengen geladener Teilchen in den Weltraum – trifft dieser Sonnenwind auf die Erde, kann die Magnetosphäre gestört werden und die Polarlichter erscheinen heller und weiter südlich als gewöhnlich.

Die Intensität und Häufigkeit der Polarlichter hängen auch von den Sonnenzyklen ab, die etwa alle 11 Jahre verlaufen. Während der Sonnenmaximum-Phase ist die Sonnenaktivität besonders hoch, wodurch geomagnetische Stürme häufiger auftreten und die Chancen für spektakuläre Aurora-Erlebnisse steigen. In der Sonnenminimum-Phase hingegen sind Polarlichter seltener und meist weniger intensiv.

Verständnis der Sonnenaktivität ermöglicht es Polarlichtbeobachtern, günstige Zeiträume besser einzuschätzen und das beeindruckende Naturphänomen gezielt zu erleben.

Auswirkungen auf Satelliten

Raumwetterereignisse wie Sonnenstürme und geomagnetische Stürme haben direkte Auswirkungen auf Satelliten im Erdorbit. Kommunikationssatelliten können durch die erhöhte Strahlung Störungen bei Funksignalen oder sogar temporäre Ausfälle erleiden, was Telefonie, Internet und Satelliten-TV beeinträchtigen kann.

Auch Navigationssatelliten wie GPS, Galileo oder Glonass sind betroffen. Energiereiche Teilchen können die Genauigkeit der Positionsbestimmung verringern, was insbesondere bei präzisen Anwendungen wie Flugnavigation oder geodätischen Messungen problematisch ist.

Wettersatelliten sind ebenfalls gefährdet: Sensoren können durch die Strahlung fehlerhafte Daten liefern oder sogar dauerhaft beschädigt werden. Besonders energiereiche Teilchen treffen empfindliche Elektronik und können langfristige Schäden verursachen.

Um Satelliten zu schützen, werden verschiedene Schutzmaßnahmen ergriffen: Empfindliche Geräte können zeitweise abgeschaltet, empfindliche Bahnen leicht angepasst oder die Schilde der Satelliten verstärkt werden. Solche Maßnahmen minimieren das Risiko von Ausfällen und sichern die kontinuierliche Funktion wichtiger Satellitensysteme.

Auswirkungen auf Stromnetze

Starke Sonnenstürme können durch geomagnetisch induzierte Ströme (GICs) direkte Auswirkungen auf Stromnetze haben. Diese Ströme entstehen, wenn das Magnetfeld der Erde durch geomagnetische Stürme verändert wird und elektrische Ströme in langen Leitungen, wie Hochspannungsleitungen, induziert werden.

Historische Ereignisse zeigen die potenzielle Gefahr: Beim Carrington-Ereignis 1859 führten Sonnenstürme zu massiven Störungen in Telegraphennetzen, wobei Funken sprangen und Geräte beschädigt wurden. Ein moderneres Beispiel ist der Quebec-Blackout 1989, als ein geomagnetischer Sturm das Stromnetz der kanadischen Provinz lahmlegte und Millionen Menschen mehrere Stunden ohne Strom blieben.

Moderne Stromnetze sind besser geschützt. Betreiber setzen auf Monitoring-Systeme, die die geomagnetische Aktivität beobachten, sowie auf Lastmanagement und Schutzschaltungen, die bei erhöhten Strömen schnell reagieren und Schäden verhindern. Dennoch bleibt die Bedrohung durch extreme Sonnenereignisse eine ernstzunehmende Herausforderung für die Stromversorgung.

Auswirkungen auf GPS & Navigation

Geomagnetische Stürme können die Ionosphäre stark beeinflussen, wodurch sich die Signale von GPS-Satelliten verzögern oder gestört werden. Diese Signalverzögerungen führen zu Ungenauigkeiten bei der Positionsbestimmung, was für Anwendungen, die auf präzise Navigation angewiesen sind, problematisch sein kann.

Betroffen sind vor allem Luftfahrt, Schifffahrt und die präzise Landwirtschaft. Flugzeuge könnten Kursabweichungen erleben, Schiffe ihre Position nur ungenau bestimmen, und Landwirte könnten bei GPS-gesteuerten Maschinen Präzisionsarbeiten wie Aussaat oder Düngung nicht optimal durchführen.

Um diese Probleme zu minimieren, setzen moderne Systeme auf Dual-Frequenz-GPS, das Signalverzögerungen durch die Ionosphäre kompensiert. Zusätzlich bieten Korrektursysteme wie WAAS (USA) oder EGNOS (Europa) Echtzeitdaten zur Verbesserung der Positionsgenauigkeit. So bleibt die Navigation selbst bei gestörter Raumwetteraktivität zuverlässig.