Was ist der Sonnenwind? - Polarlichter

Der Sonnenwind ist ein kontinuierlicher Strom geladener Teilchen, der von der äußeren Atmosphäre der Sonne - der sogenannten Korona - ins All hinausgeschleudert wird. Hauptsächlich besteht er aus Elektronen und Protonen, die mit enormer Geschwindigkeit, oft mehrere Hundert Kilometer pro Sekunde, durch das Sonnensystem rasen. Dieser Teilchenstrom ist ein direktes Ergebnis der hohen Temperaturen in der Sonnenkorona, die so heiß ist, dass sich die Teilchen dort von der Schwerkraft der Sonne lösen können.

Der Sonnenwind ist nicht konstant, sondern variiert in seiner Stärke und Geschwindigkeit - besonders bei Sonnenaktivitäten wie Sonneneruptionen oder koronalen Massenauswürfen. Trifft dieser Strom auf das Magnetfeld der Erde, kann er dort beeindruckende Reaktionen auslösen - etwa Polarlichter, die durch die Wechselwirkung der geladenen Sonnenwind-Teilchen mit der Erdatmosphäre entstehen.

Kurz gesagt: Der Sonnenwind ist ein unsichtbarer, aber wirkungsvoller Botschafter der Sonne, der eine zentrale Rolle in der Entstehung und Vorhersage von Polarlichtern spielt.

Was bedeutet der Sonnenwindbei Polarlichter Vorhersag?

Sonnenwind spielt eine zentrale Rolle bei der Entstehung von Polarlichtern – und ist damit auch der wichtigste Faktor bei ihrer Vorhersage. Wenn geladene Teilchen des Sonnenwinds auf das Magnetfeld der Erde treffen, werden sie in Richtung der Pole gelenkt. Dort kollidieren sie mit Teilchen in der oberen Erdatmosphäre, was die typischen leuchtenden Erscheinungen am Himmel erzeugt: die Polarlichter.

Für die Vorhersage dieser faszinierenden Naturphänomene beobachten Wissenschaftler verschiedene Eigenschaften des Sonnenwinds, insbesondere seine Geschwindigkeit, Dichte und das Magnetfeld (speziell dessen südliche Ausrichtung, genannt Bz-Komponente). Je schneller und dichter der Sonnenwind ist – und je stärker seine magnetische Ausrichtung mit dem Erdmagnetfeld wechselwirkt –, desto größer ist die Chance auf sichtbare Polarlichter, auch in weiter südlich gelegenen Regionen.

Messdaten von Satelliten wie dem DSCOVR oder ACE liefern nahezu in Echtzeit Informationen über die Sonnenwindbedingungen. Diese Daten fließen in aktuelle Polarlichter Vorhersagen ein, die angeben, wie wahrscheinlich es ist, dass Polarlichter in den nächsten Stunden oder Tagen sichtbar sein werden.

Kurz gesagt: Ohne den Sonnenwind gäbe es keine Polarlichter – und ohne seine genaue Beobachtung keine zuverlässige Vorhersage. Wer also auf Nordlichterjagd geht, sollte immer ein Auge auf die Sonnenwindwerte haben.

In welchen Werten wird der Sonnenwind angegeben?

Der Sonnenwind wird mit Hilfe verschiedener physikalischer Messwerte beschrieben, die Rückschlüsse auf seine Stärke und seinen Einfluss auf die Erde ermöglichen – besonders im Hinblick auf Polarlichter. Die wichtigsten Kennzahlen sind:

Geschwindigkeit (Speed)
Die Sonnenwindgeschwindigkeit wird in Kilometern pro Sekunde (km/s) angegeben. Typische Werte liegen zwischen 300 und 800 km/s. Je höher die Geschwindigkeit, desto größer ist die Chance auf sichtbare Polarlichter.

Teilchendichte (Density)
Sie beschreibt, wie viele geladene Teilchen (hauptsächlich Protonen) sich in einem Kubikzentimeter (1 cm³) Sonnenwind befinden. Die Dichte wird in Teilchen/cm³ gemessen. Werte zwischen 1 und 10 sind normal – steigt die Dichte stark an, kann dies zusammen mit hoher Geschwindigkeit zu Polarlichtaktivität führen.

Magnetfeldstärke (Bt) und Richtung (Bz)
Das interplanetare Magnetfeld (IMF), das mit dem Sonnenwind transportiert wird, wird in Nanotesla (nT) gemessen. Besonders wichtig ist die Komponente Bz, also die Ausrichtung des Magnetfeldes in Nord-Süd-Richtung. Ist der Bz-Wert negativ (südlich gerichtet), kann der Sonnenwind leichter mit dem Erdmagnetfeld koppeln – ideale Bedingungen für Polarlichter.

Temperatur
Auch die Temperatur des Sonnenwinds wird gemessen, typischerweise in Kelvin (K). Hohe Temperaturen können auf aktive Sonnenphasen hinweisen, sind aber für Polarlichtvorhersagen weniger entscheidend als Geschwindigkeit und Magnetfeld.

Diese Werte werden in Echtzeit von Satelliten wie dem NASA-Satelliten DSCOVR oder ACE gemessen. Auf ihrer Basis werden Polarlichtprognosen erstellt – je nach Intensität kann es zu spektakulären Himmelserscheinungen kommen.

Was sind koronale Massenauswürfe (CMEs)?

Koronale Massenauswürfe, kurz CMEs (englisch: Coronal Mass Ejections), sind gewaltige Ausbrüche von Plasma und Magnetfeldstrukturen aus der äußeren Schicht der Sonne – der Korona. Dabei werden riesige Mengen an geladenen Teilchen mit hoher Geschwindigkeit ins All geschleudert. Ein einzelner CME kann Milliarden Tonnen Materie transportieren und erreicht oft Geschwindigkeiten von über 1.000 km/s.

Unterschied zum „normalen“ Sonnenwind
Während der normale Sonnenwind ein stetiger, gleichmäßiger Strom geladener Teilchen ist, stellen CMEs plötzliche, explosive Ereignisse dar. Der normale Sonnenwind ist ständig vorhanden und schwankt leicht in Intensität – CMEs hingegen treten unregelmäßig auf, vor allem bei hoher Sonnenaktivität. Sie sind deutlich stärker, dichter und magnetisch intensiver als der durchschnittliche Sonnenwind.

Bedeutung für starke Polarlichtaktivität
Wenn ein koronaler Massenauswurf in Richtung Erde geschleudert wird und auf unser Magnetfeld trifft, kann es zu starken geomagnetischen Stürmen kommen. Besonders dann, wenn die mit dem CME transportierten Magnetfelder südlich ausgerichtet sind (negativer Bz-Wert), können sie sich effektiv mit dem Erdmagnetfeld verbinden. Das öffnet gewissermaßen eine „Tür“ für die Teilchen, in die obere Atmosphäre einzudringen – und es entstehen besonders kräftige Polarlichter, die nicht nur in Skandinavien, sondern sogar in Deutschland oder Mitteleuropa sichtbar sein können.

Kurz gesagt: Während der Sonnenwind die Voraussetzung für Polarlichter bildet, sorgen CMEs oft für die spektakulärsten und weitreichendsten Erscheinungen am Himmel.

Technik & Sonnenwind: Welche Auswirkungen hat er auf die Erde?

Der Sonnenwind beeinflusst nicht nur das faszinierende Naturschauspiel der Polarlichter, sondern kann auch ernste technische Auswirkungen auf unsere moderne Infrastruktur haben – besonders bei starker Sonnenaktivität oder koronalen Massenauswürfen (CMEs). In diesem Zusammenhang spricht man vom sogenannten Weltraumwetter.

Störungen bei Satelliten
Satelliten sind besonders empfindlich gegenüber den geladenen Teilchen des Sonnenwinds. Bei starken Sonnenstürmen kann es zu Störungen in der Elektronik, zu veränderten Umlaufbahnen (durch Ausdehnung der oberen Erdatmosphäre) und im schlimmsten Fall sogar zu kompletten Ausfällen kommen. Kommunikationssatelliten, Wettersatelliten und Navigationssysteme sind dadurch gefährdet.

Probleme bei Navigation und GPS
Das GPS-Signal ist auf eine stabile Atmosphäre angewiesen. Durch Sonnenwind und die damit verbundene Störung der Ionosphäre kann es zu Ungenauigkeiten in der Positionsbestimmung kommen – in der Luftfahrt, Schifffahrt oder beim autonomen Fahren kann das ernsthafte Folgen haben.

Auswirkungen auf Stromnetze
Starke geomagnetische Stürme können induzierte Ströme in Stromleitungen verursachen – sogenannte GICs (Geomagnetically Induced Currents). Diese können Transformatoren überlasten oder beschädigen und sogar großflächige Stromausfälle auslösen. Ein bekanntes Beispiel ist der Stromausfall in Québec (Kanada) im Jahr 1989, ausgelöst durch einen starken Sonnensturm.

Wo ist der Unterschied zwischen Sonnenwind und Bz-Wert?

Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen, der von der Sonne ins All strömt und unter anderem Polarlichter verursacht. Er besteht hauptsächlich aus Elektronen und Protonen und wird durch Geschwindigkeit, Dichte und Temperatur beschrieben.

Der Bz-Wert hingegen ist eine spezifische Komponente des magnetischen Feldes, das der Sonnenwind mit sich führt – genauer gesagt die Nord-Süd-Ausrichtung des interplanetaren Magnetfeldes. Ein negativer Bz-Wert (südlich gerichtet) erleichtert die Kopplung des Sonnenwinds mit dem Erdmagnetfeld und erhöht so die Chance auf Polarlichter.