Elfjähriger Aktivitätszyklus: Unsere Sonne ist erwacht

Die Sonne ist ein launischer Himmelskörper. In Hochphasen bringt sie vermehrt Flecken hervor und erzeugt heftige Teilchenstürme. Anschließend legt sie eine Ruhepause ein, bevor sie wieder aktiv wird. Dieser immer wiederkehrende Zyklus dauert durchschnittlich elf Jahre. Als unser Tagesgestirn seine jüngste Ruhepause bis ins dreizehnte Jahr ausdehnte, wurden einige Forscher unruhig: War der innere Motor womöglich ins Stocken geraten, und sollte dies Auswirkungen auf das Erdklima haben?

Ende vergangenen Jahres gab es Entwarnung: Die Sonne wurde wieder aktiv. US-amerikanische Wissenschaftler vermuten nun, dass ungewöhnliche Strömungen im Sonneninneren für die überlange Entspannungsphase verantwortlich waren. Auswirkungen auf die äußeren Schichten der Erdatmosphäre ließen sich zwar nachweisen, eine Eiszeit aber wird ausbleiben.

Sonnenflecken existieren für ein paar Tage

Die Ursache für den elfjährigen Aktivitätszyklus verbirgt sich 200.000 Kilometer unter der Sonnenoberfläche. Dort herrscht eine Temperatur um zwei Millionen Grad. Die Atome haben deswegen ihre Elektronen verloren, das Gas ist ein elektrisch leitendes Plasma. Es ist in ständiger Bewegung und erzeugt, ähnlich wie ein elektrischer Strom in einem Kupferdraht, ein gewaltiges Magnetfeld. Dieses zeigt sich nach außen – wie bei der Erde auch – mit einem Nord- und einem Südpol.

Gleichzeitig zieht und verdrillt das strömende Plasma die Magnetfeldlinien wie Gummibänder, die dann vereinzelt aus der Oberfläche wie Brücken auftauchen. An deren Fußpunkten bilden sich die dunklen Sonnenflecken. Sie existieren für ein paar Tage und verschwinden dann wieder.

Dieses komplexe Wechselspiel aus heißen Gasströmen und wabernden Magnetfeldern ist bis heute nicht richtig verstanden. Tatsache ist aber, dass es einer periodischen Schwankung unterliegt. In der Hochphase bilden sich sehr viele Flecken, im Minimum können diese über Wochen hinweg ganz ausbleiben. Sie sind auch die Anzeichen für die Sonnenaktivität. Treten viele Flecken auf, so kommt es auf der Oberfläche vermehrt zu explosionsartigen Ausbrüchen, bei denen intensive UV- und Röntgenstrahlung ausgelöst wird. Außerdem schießen Teilchenschwärme ins All. Treffen sie auf das Erdmagnetfeld, so entstehen farbenfrohe Polarlichter. Im Extremfall kann aber auch der Funkverkehr zwischen Flugzeugen gestört werden und sogar Stromversorgungsnetze zusammenbrechen.

Zwischen zwei Aktivätshochzeiten vergehen ungefähr elf Jahre. Mit 12,5 Jahren dauerte der jüngste Zyklus ungewöhnlich lange. In dieser Tiefschlafphase machte ein Team US-amerikanischer Astronomen um Mausumi Dikpati vom High Altitude Observatory in Boulder, USA, und Roger Ulrich von der Universität Los Angeles eine interessante Entdeckung (GRL, Geophysical Research Letters 2010, Band 37): Eine Gasströmung zog sich vom Äquator aus in Richtung der beiden Pole. Dort sank sie in die Tiefe ab und strömte zum Äquator zurück.

Diese Zirkulation war schon länger bekannt. Normalerweise kehrt sie aber bei etwa 60 Grad Breite um. Während des jüngsten Aktivitätszyklus drang sie jedoch fast bis zu den Polen vor, bevor sie in die Tiefe sank. Und sie war langsamer als in dem vorherigen Zyklus. Dies führte dazu, dass die Strömung mehr Zeit benötigte als normal, wodurch sich der Zyklus nach Dikpatis Ansicht verlängerte.

Die Sonnenforscher konnten diese Annahme mit Computersimulationen bestätigen. Dennoch raten Kollegen wie Manfred Schüssler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau zu Vorsicht: „Wir können nur die oberflächennahe Strömung zu den Polen beobachten, wissen aber nicht, in welcher Tiefe sie zurückkehrt“, so Schüssler. Dies ist aber ein wichtiger Aspekt, denn Dikpati und Kollegen gehen davon aus, dass dies in 200.000 Kilometer Tiefe geschieht, wo das für die Aktivität verantwortliche Magnetfeld entsteht.

Die US-Forscher hoffen sogar, die Dauer des derzeit einsetzenden Zyklus vorhersagen zu können, sobald neue Messungen der Strömung vorliegen. Damit könnten sie einerseits ihr Modell bestätigen, andererseits ergäben sich auch praktische Vorteile. Wenn die Sonne wieder aktiv wird, heizt die von ihr ausgesandte UV- und Röntgenstrahlung die äußeren Schichten der Erdatmosphäre auf, die sich als Folge davon aufbläht. „Im Laufe der solare Aktivitätszyklen atmet unsere Atmosphäre regelrecht“, veranschaulicht Schüssler diesen schon länger bekannten Effekt.

Ein Forscherteam um John Emmert vom Naval Research Laboratory in Washington fand heraus, dass während der jüngsten Tiefschlafphase der Sonne die Dichte der Erdatmosphäre in 400 Kilometer Höhe um 28 Prozent geringer war, als in dem vorangegangenen Minimum von 1996 (GRL 2010, Band 37). „Das ist die stärkste Kontraktion der letzten 43 Jahre“, sagt Emmert. Ermittelt hatte er das aus der Analyse der Umlaufbahnen von mehr als 5000 Satelliten, die die Erde in dieser Höhe seit 1967 umkreist haben oder es noch tun. Die Satelliten werden nämlich durch Reibung mit der Atmosphäre abgebremst und nähern sich dadurch immer weiter der Erde, bis sie abstürzen. Und je dichter die Atmosphäre, desto stärker die Abbremsung.

Erhöhte Aktivität vorhersagen

Wenn sich zukünftig Länge und Stärke eines solaren Aktivitätszyklus vorhersagen ließen, so könnte dies für Satellitenbauer interessant werden. Stünde ein heftiges und langes Aktivitätsmaximum bevor, so könnte ein Satellit mit mehr Treibstoff versehen werden. Gelegentliche Beschleunigungen mit dem Triebwerk wirken nämlich dem Abbremsen in der Atmosphäre entgegen.

Doch Versuche, die Sonnenaktivität vorherzusagen, hat es schon viele gegeben. Alle mit mäßigem Erfolg. Ganz ausgeschlossen scheint es zu sein, mehrere Zyklen vorherzusagen, denn ein regelmäßig wiederkehrendes Muster findet sich nicht. „Die Vorgänge im Inneren der Sonne sind nicht linear“, sagt Schüssler. Will heißen: Sie verhalten sich chaotisch und entziehen sich damit einer längeren Vorhersage. „Das ist so, als wollten wir das Wetter für das nächste Jahr vorhersagen“, so der Max-Planck-Forscher.

Die Auswirkung der Sonnenaktivität auf die äußeren Atmosphärenschichten ist erwiesen. Umstritten bleibt jedoch die Frage, ob sich diese auch auf die unterste Schicht „durchpaust“, wo das Wetter entsteht. Dann könnte die Sonnenaktivität auch das Erdklima beeinflussen. Befürworter dieser These berufen sich gerne auf das sogenannte Maunder-Minimum, das sich etwa zwischen 1640 und 1700 ereignete. Damals befand sich die Sonne in einem ausgedehnten und extrem tiefen Aktivitätsminimum. Es gibt aus dieser Zeit kaum Aufzeichnungen von Sonnenflecken. Gleichzeitig erlebten die Menschen in Mitteleuropa sehr kalte Winter.

Als Mitte vergangenen Jahres die Sonne scheinbar nicht mehr zu neuer Aktivität erwachen wollte, kam die Frage auf, ob die Erde womöglich in eine neue kleine Eiszeit hineinschliddert. Diese Spekulationen entpuppen sich nun als unbegründet, und es gibt auch keine Anzeichen dafür, dass die Sonne wie vor 350 Jahren in einen neuerlichen Tiefschlaf verfällt. „Aber möglicherweise gab uns die letzte Periode des ausgedehnten Minimums einen Einblick darin, wie es gewesen sein könnte“, meint Stanley Solomon vom High Altitude Observatory.