Weltraumwettervorhersage: Forscher verfolgen Sonnenwind von der Sonne bis in erdnahe Umgebungen

Die Forscher haben zum ersten Mal die Entwicklung des Sonnenwinds von seinem Beginn an der Sonne bis zu seinem Einfluss auf die erdnahe Weltraumumgebung verfolgt und außerdem gezeigt, wie ein Weltraumwetterereignis 2 bis 2.5 Tage im Voraus vorhergesagt werden kann. Die Studie ist neuartig, da sie die Ausbreitung des Sonnenwinds und seinen Einfluss auf die erdnahe Umgebung von den verschiedenen Aussichtspunkten im Weltraum aus miteinander verbindet. Dies zeigt, dass Satelliten, die an der richtigen Stelle im Weltraum platziert werden, zur Überwachung der Ausbreitung des Sonnenwinds in Richtung Erde verwendet werden könnten, was die Vorhersage des Weltraumwetters erheblich verbessern könnte. Darüber hinaus zielt die geplante „Vigil-Mission“ der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) darauf ab, die Sonnenwinde im Auge zu behalten, um vom fünften Lagrange-Punkt (L5) in der kürzesten Entfernung von 150 Millionen km zur Sonne vor herannahenden Sonnenstürmen zu warnen. Sie befindet sich derzeit in der Entwicklungsphase und wird nach ihrem Start im Jahr 2031 einen nahezu Echtzeit-Datenstrom für Weltraumwetterdienste bereitstellen.

Die Wettervorhersage (z. B. Windgeschwindigkeit, Niederschlagsmenge, Temperatur, Sonnenscheindauer usw.) ist für uns aus verschiedenen Gründen im Zusammenhang mit unserem täglichen Leben wichtig, darunter Landwirtschaft, Verkehr, Freizeit und Unterhaltung usw. Genaue Wettervorhersagen helfen der Wirtschaft und machen unser Leben einfacher und komfortabler, aber noch wichtiger ist, dass sie uns Zeit gibt, Ressourcen zu mobilisieren, um die notwendigen Präventivmaßnahmen zu ergreifen und so Schäden an Leben und Eigentum durch widrige Wetterereignisse wie Überschwemmungen, Wirbelstürme, Hitzewellen, starke Regenfälle usw. zu verhindern.

Das Wetter auf der Erde beeinflusst uns, ebenso wie das „Wetter im Weltraum“. Da unser Heimatplanet Erde Teil eines Sternensystems eines durchschnittlichen Sterns namens Sonne ist (der wiederum ein kleiner Teil einer äußerst unbedeutenden Galaxie im Universum namens Milchstraße ist), werden unser Leben und unsere Zivilisation auf der Erde von den Bedingungen im Weltraum beeinflusst, insbesondere von Wetterereignissen in unserer Nachbarschaft im Sonnensystem. Jede nachteilige drastische Änderung des Wetters im Weltraum stellt eine Bedrohung für die biologischen Lebensformen und die elektrische und elektronische technologische Infrastruktur auf der Erde und im Weltraum dar. Elektronische und Computersysteme, Stromnetze, Öl- und Gaspipelines, Telekommunikation, Funkkommunikation einschließlich Mobilfunknetze, GPS, Weltraummissionen und -programme, Satellitenkommunikation, Internet usw. – all dies kann durch schwere Störungen des Weltraumwetters möglicherweise gestört und zum Stillstand gebracht werden. Astronauten und weltraumgestützte Einrichtungen wie Raumfahrzeuge sind besonders gefährdet. In der Vergangenheit gab es mehrere Fälle dieser Art, z. B. hatte der „Quebec Blackout“ im März 1989 in Kanada, der durch eine massive Sonneneruption verursacht wurde, das Stromnetz schwer beschädigt. Auch einige Satelliten wurden beschädigt. Deshalb ist ein System zur Vorhersage des Weltraumwetters unerlässlich, so wie wir Systeme zur Wettervorhersage auf der Erde haben.

Zunächst einmal sind die Hauptakteure beim Wetterphänomen auf der Erde die „Windströmungen“, die aus Gasmolekülen in der Erdatmosphäre bestehen. Beim Wetter im Weltraum ist es der „Sonnenwind“, der aus Strömen hochenergetischer ionisierter Teilchen wie Elektronen, Alphateilchen usw. (also Plasma) besteht, die aus der überhitzten Koronaschicht der Sonnenatmosphäre in alle Richtungen der Heliosphäre, einschließlich der Erde, ausströmen.

Die Vorhersage des Weltraumwetters beinhaltet daher die Vorhersage der Bedingungen des Sonnenwinds auf Grundlage des aktuellen Wissens über seine Entstehung, Intensität und Bewegung im Weltraum. Wir wissen, dass plötzliche Massenauswürfe aus der Koronaschicht der Sonne (sog. koronale Massenauswürfe oder CMEs) mit intensiven Sonnenwindbedingungen oder Sonnenstürmen verbunden sind. Die Beobachtung von CMEs oder photosphären Magnetfeldern kann also eine Vorstellung von bevorstehenden Sonnenwindstürmen geben, aber ein reguläres System zur Vorhersage des Weltraumwetters würde die Kombination eines Modells mit Beobachtungen des Sonnenwinds erfordern, um eine Schätzung der Realität zu erhalten (sog. Datenassimilation). Dies würde wiederum eine regelmäßige Verfolgung der Entwicklung des Sonnenwinds von seiner Entstehung an der Sonne bis zu seiner Auswirkung auf die erdnahe Weltraumumgebung erfordern.

Wie am 09. September 2024 berichtet, haben Forscher des VSSC, ISRO, zum ersten Mal die Entwicklung des Sonnenwinds von seinem Entstehen an der Sonne bis zu seinen Auswirkungen auf die erdnahe Weltraumumgebung verfolgt. Anhand von Daten von TTC-Funksignalen (Telemetry, Tracking and Command) der Mars Orbiter Mission (MOM) der ISRO aus dem Jahr 2015 und des InSWIM-Netzwerks (Indian network for Space Weather Impact Monitoring) kartierten sie den Ursprung, die Beschleunigung und die Ausbreitung der Hochgeschwindigkeits-Sonnenwindströme (HSS) und beobachteten ihre Auswirkungen auf die Ionosphäre der Erde in niedrigen Breiten. Sie haben gezeigt, wie ein Weltraumwetterereignis 2 bis 2.5 Tage im Voraus vorhergesagt werden kann. Die Studie ist neuartig, da sie die Ausbreitung des Sonnenwinds und seine Auswirkungen auf die erdnahe Umgebung von verschiedenen Aussichtspunkten im Weltraum aus miteinander verbindet. Dies zeigt, dass Satelliten, die an der richtigen Stelle im Weltraum platziert werden, zur Überwachung der Ausbreitung von Sonnenwinden in Richtung Erde eingesetzt werden könnten, was die Vorhersage des Weltraumwetters erheblich verbessern kann.

BILD: NASA, STScI *NASA, ESA und dem CSA*

Auch die geplante „Vigil-Mission“ der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) soll die Sonnenwinde im Auge behalten und Frühwarnungen vor herannahenden Sonnenstürmen vom fünften Lagrange-Punkt (L5) aus geben, der der Sonne am nächsten liegt, nämlich 150 Millionen Kilometer. Die Mission befindet sich derzeit in der Entwicklungsphase und soll nach ihrem Start im Jahr 2031 einen nahezu Echtzeit-Datenstrom für Weltraumwetterdienste bereitstellen.

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References:

Jain RN, et al 2024. Auswirkungen des schnellen Sonnenwindstroms auf das Ionosphärensystem in niedrigen Breiten – Eine Studie, die indische MOM- und InSWIM-Beobachtungen kombiniert. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, stae2091. Veröffentlicht: 09. September 2024. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stae2091

Turner H., 2024. Prognoseverbesserungen durch Assimilation von Sonnenwinddaten. Doktorarbeit. University of Reading. 21. Mai 2024. DOI: https://doi.org/10.48683/1926.00116526 Verfügbar um https://centaur.reading.ac.uk/116526/1/Turner_thesis.pdf

ESA. Weltraumsicherheit – Mission Vigil. Verfügbar unter https://www.esa.int/Space_Safety/Vigil

Eastwood JP, 2024. Das Vigil-Magnetometer für operationelle Weltraumwetterdienste vom Sonne-Erde-Punkt L5. Weltraumwetter. Erstveröffentlichung: 05. Juni 2024. DOI: https://doi.org/10.1029/2024SW003867

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