„Wir müssen bereit sein“
Albtraum Sonnensturm: Wenn der Himmel zur Gefahr wird
Stromnetze kollabieren, Satelliten geraten außer Kontrolle: Die ESA bereitet sich auf einen extremen Sonnensturm vor und entdeckt eine unterschätzte Gefahr.
Darmstadt – Stellen Sie sich vor: Es ist ein normaler Morgen. Plötzlich fallen Ihr Smartphone, Ihr Navigationssystem und das Internet aus. Stromnetze kollabieren landesweit. Was klingt wie der Beginn eines Science-Fiction-Films, könnte Realität werden – und zwar ohne Vorwarnung. Die Ursache? Nicht etwa ein Cyberangriff, sondern unser eigener Stern: die Sonne.
Auch Satelliten wären von einem solchen Szenario betroffen, denn ein Sonnensturm führt dazu, dass sich die Erdatmosphäre ausdehnt und der Luftwiderstand für Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen zunimmt. So werden sie aus ihren üblichen Flugbahnen gedrängt und benötigen außerdem mehr Treibstoff, um ihre Flugbahnen zu halten. Das ist eine kritische Situation für alle, die an der Kontrolle von Satelliten beteiligt sind.
Simulation für den Ernstfall: ESA probt für Super-Sonnensturm
Aus diesem Grund herrschte im Europäischen Weltraumkontrollzentrum in Darmstadt kürzlich angespannte Stimmung. Die Mitarbeitenden der Europäischen Weltraumorganisation ESA simulierten einen Albtraum: den stärksten Sonnensturm der Geschichte. Nicht als theoretische Übung, sondern als ernsthafte Vorbereitung auf ein Ereignis, das mit hoher Wahrscheinlichkeit eines Tages eintreten wird.
„Sollte ein solches Ereignis eintreten, gibt es keine guten Lösungen. Das Ziel wäre es, den Satelliten zu schützen und den Schaden so gering wie möglich zu halten“, erklärt Thomas Ormston, stellvertretender Leiter des Satellitenbetriebs für Sentinel-1D, ein Erdbeobachtungssatellit der noch 2025 ins Weltall starten soll.
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Carrington-Ereignis: 1859 traf der heftigste dokumentierte Sonnensturm die Erde
Die Simulation orientierte sich am berüchtigten Carrington-Ereignis von 1859, dem heftigsten jemals dokumentierten Sonnensturm. Damals waren die Auswirkungen begrenzt, da Elektrizität und Technologie noch nicht allzu weit verbreitet waren. Hauptsächlich fingen Telegrafenleitungen Feuer und Polarlichter waren bis in südliche Regionen sichtbar. In der heutigen technologieabhängigen Welt wären die Folgen dagegen verheerend, davor warnen Fachleute schon seit langem.
Ein extremer Sonnensturm trifft die Erde nicht als einzelnes Ereignis, sondern als dreifache Bedrohung. Zuerst trifft eine elektromagnetische Welle mit Lichtgeschwindigkeit auf der Erde ein – und zwar nur acht Minuten nach dem Ausbruch auf der Sonne. Sie stört sofort Radar- und Kommunikationssysteme sowie GPS- und Galileo-Navigationsdienste. Kurz darauf, etwa zehn bis 20 Minuten nach dem Ausbruch, folgt der zweite Schlag: Hochenergetische Teilchen bombardieren die Elektronik von Satelliten und verursachen Fehlfunktionen.
Das Carrington-Ereignis
Eine Studie aus dem Jahr 2013 hat die Folgen eines Carrington-Ereignisses auf das 2013 aktuelle Stromnetz der USA untersucht. Die erschreckende Erkenntnis: Würde ein Carrington-Sturrm die Erde treffen, wären allein in den USA 20 bis 40 Millionen Menschen für bis zu zwei Jahre ohne Strom. Die ökonomischen Kosten würden sich nur in den USA auf bis zu 2,6 Billionen US-Dollar belaufen.
Besonders erschreckend ist auch, dass die Erde im Juli 2012 einem vergleichbaren Sonnensturm nur knapp entgangen ist. Der Sonnensturm hatte die Erde nur sehr knapp verfehlt, wie zwei Nasa-Sonden zeigten.
Zehn bis 18 Stunden nach der Sonneneruption trifft das Plasma die Erde
Der vernichtendste Angriff kommt jedoch erst nach etwa zehn bis 18 Stunden: Eine gigantische Plasmawolke – ein koronaler Massenauswurf – trifft auf das Erdmagnetfeld und löst einen geomagnetischen Sturm aus. Die Folgen: Auf der Erde sind Polarlichter zu sehen. Doch das spielt im Fall eines Sonnensturms der Carrington-Stärke nur eine Nebenrolle, da die negativen Auswirkungen gewaltig sind: Stromnetze brechen zusammen, Infrastruktur auf der Erde wird beschädigt, Zugsignale können manipuliert werden und Satelliten kommen von ihrem Kurs ab.
„Sollte ein solcher Sturm auftreten, könnte der Luftwiderstand für Satelliten um 400 Prozent zunehmen, mit lokalen Spitzenwerten in der atmosphärischen Dichte. Dies wirkt sich nicht nur auf das Kollisionsrisiko aus, sondern verkürzt auch die Lebensdauer der Satelliten, da sie mehr Treibstoff verbrauchen, um den Bahnverfall auszugleichen“, warnt Jorge Amaya, Koordinator für Weltraumwettermodellierung bei der ESA.
Ein Sonnensturm sorgt für Kollisionsgefahr im Erdorbit
Die Simulation der Raumfahrtorganisation offenbarte ein besonders beunruhigendes Problem: Bei einem extremen Sonnensturm steigt die Kollisionsgefahr im Orbit dramatisch an. Satelliten werden aus ihrer Bahn gedrängt, während gleichzeitig die Navigationssysteme ausfallen, die normalerweise zur Kollisionsvermeidung dienen.
Kollisionsvorhersagen wären immer schwieriger zu interpretieren, befürchtet Jan Siminski vom ESA Space Debris Office. „Die Entscheidungsfindung wird zu einem heiklen Balanceakt unter erheblichen Unsicherheiten, bei dem ein Ausweichmanöver zur Verringerung des Risikos einer potenziellen Kollision das Risiko einer anderen Kollision leicht erhöhen könnte“, sagt der Experte.
ESA rüstet sich für extreme Sonnenstürme
Die ESA rüstet sich für den Tag X. Das 2022 eingeweihte Weltraumsicherheitszentrum in Darmstadt spielt eine zentrale Rolle bei der Vorbereitung auf extreme Sonnenstürme. Parallel dazu entwickelt die Behörde das „Distributed Space Weather Sensor System“ (D3S) – ein Netzwerk spezialisierter Satelliten zur Überwachung des Weltraumwetters rund um die Erde.
Das vielversprechendste Projekt ist jedoch die Vigil-Mission, die 2031 starten soll. Dieser Satellit wird die Sonne von einem besonderen Beobachtungspunkt aus überwachen – dem Lagrange-Punkt 5 – und kann so Sonnenereignisse erkennen, bevor sie von der Erde aus sichtbar werden. Dies würde wertvolle Vorwarnzeit schaffen, um Raumfahrzeuge und kritische Infrastrukturen zu schützen.
„Wir müssen bereit sein und Pläne haben, um sofort reagieren zu können“
„Die Simulation der Auswirkungen eines solchen Ereignisses ähnelt der Vorhersage der Auswirkungen einer Pandemie: Wir werden die tatsächlichen Auswirkungen auf unsere Gesellschaft erst nach dem Ereignis spüren, aber wir müssen bereit sein und Pläne haben, um sofort reagieren zu können“, betont Jorge Amaya. Gustavo Baldo, leitender Simulationsbeauftragter, fasst die wichtigste Erkenntnis der ESA-Übung so zusammen: „Es geht nicht darum, ob dies passieren wird, sondern wann.“ (Quellen: ESA-Mitteilung, eigene Recherche) (tab)
Rubriklistenbild: © NASA/SDO/AIA/Goddard Space Flight Center