Solar Radio Physics
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last change 2007 March 23, H. Ínel
Solare Radiophysik - Forschungsbereich Bereich I en
 
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Weltraumwetter

Was ist Weltraumwetter?

Die Phänomene der aktiven Sonne, wie Flares und koronale Massenauswürfe (coronal mass ejections, CMEs), haben großen Einfluss auf die Erde und ihre Umgebung. Flares erzeugen intensive Röntgenstrahlung und beschleunigen Elektronen, Protonen und schwere Ionen auf hohe Energien, während CMEs ebenfalls hochenergetische Teilchen produzieren sowie bei ihrem Auftreffen auf die Erdmagnetosphäre erdmagnetische Stürme auslösen können. Diese Auswirkungen der solar-terrestrischen Beziehungen werden Weltraumwetter genannt.

Die obige Abbildung wurde mit dem Koronographen LASCO auf der Raumsonde SOHO am 28. Oktober 2003 aufgenommen. Es zeigt ein CME, das sich nach einem starken Flare auf den Beobachter zu und damit in Richtung Erde bewegt. Es löste später einen erdmagnetischen Sturm aus. Der "Schneesturm" im Bild wird durch energiereiche Protonen verursacht, die auf den CCD-Chip der Kamera treffen. Für einen Astronauten wäre die Strahlendosis lebensgefährlich.

Beim Auftreffen eines CMEs auf die Magnetosphäre der Erde wird diese zusammengestaucht und Rekonnektionsprozesse ausgelöst. Die rasche Änderung des Magnetfeldes wird als erdmagnetischer Sturm bezeichnet. Ferner kommt es zur Beschleunigung von Teilchen in der Magnetosphäre, deren Eindringen in die Atmosphäre als Polarlicht sichtbar ist.
Auswirkungen des Weltraumwetters
Das Weltraumwetter hat starke Auswirkungen auf die Erde und unsere technische Zivilisation. Die Auswirkungen lassen sich in folgende Gruppen zusammenfassen:
  • Erhöhte elektromagnetische Strahlung
    Hierbei handelt es sich hauptsächlich um Röntgenstrahlung von Flares. Die Strahlung wird in der oberen Erdatmosphäre absorbiert und heizt diese auf. Die Atmosphäre dehnt sich infolgedessen aus, so dass die Teilchendichte im Bereich niedriger Satellitenorbits (etwa 400 km Höhe) ansteigt. Durch den erhöhten Luftwiderstand können Satelliten von ihrer Bahn abkommen und letztendlich abstürzen. Da Gasmoleküle der Luft durch die Strahlung ionisiert werden, verändert sich außerdem die Struktur der Ionosphäre. Dies hat Auswirkungen z.B. auf den Kurzwellenfunk, aber auch auf Navigationssysteme wie GPS, da die Ausbreitung der Satellitensignale durch die Ionosphäre für eine exakte Positionsbestimmung mit hoher Genauigkeit modelliert werden muss.
  • Energiereiche Teilchen
    Die von Flares und CMEs erzeugten energiereichen Protonen und Elektronen können die Elektronik von Satelliten schädigen und Astronauten gefährden.
  • Erdmagnetische Stürme
    Ein durch den Aufprall eines CMEs auf die Erdmagnetosphäre verursachter erdmagnetischer Sturm ist mit einer raschen Änderung von Richtung und Stärke des Magnetfelds am Boden verbunden. Dadurch können in ausgedehnten elektrischen Leitern wie Hochspannungsleitungen oder Pipelines hohe Ströme induziert werden. Die Folge sind Stromausfälle und beschädigte Transformatoren, bzw. rasche Korrosion von Pipelines.
Beobachtungen des Weltraumwetters
Die von Flares und CMEs produzierten energiereichen Teilchen lassen sich mit Satelliten direkt messen, oder indirekt durch die von ihnen produzierte Radio- und Röntgenstrahlung nachweisen. Die Plasmawolken von CMEs lassen sich direkt durch Koronographen beobachten, und ihre Eigenschaften können detailliert untersucht werden wenn ein CME einen Satelliten passiert.

Die Arbeitsgruppe Solare Radiophysik des AIP ist Betreiber des Observatorium für Solare Radioastronomie (OSRA) in Tremsdorf und unter anderem an folgenden Missionen beteiligt, mit denen sich das Weltraumwetter beobachten lässt:

  • Radiobeobachtungen
    Die Radiodaten des OSRA decken die Korona der Sonne ab, und SWAVES auf STEREO erweitert den Beobachtungsbereich zu niedrigen Frequenzen hin, die aus dem Übergangsbereich von der Korona in den interplanetaren Raum stammen. Zusätzlich liefern die beiden STEREO - Sonden eine räumliche Auflösung, so dass sich CMEs besser verfolgen lassen. Zukünftig wird LOFAR abbildende Beobachtungen bis zu 30 MHz herunter ermöglichen, so dass die Ausbreitung von CMEs in ihrer Frühphase beobachtbar wird.
  • Röntgenstrahlung
    Die von einem Flare erzeugten energetischen Teilchen emittieren bei ihrem Auftreffen auf dichtere Schichten der Sonnenatmosphäre Röntgenstrahlung. Mit dem Röntgenteleskop RHESSI können die Röntgenquellen lokalisiert und gleichzeitig die Spektren der Strahlung gemessen werden, und so Einblicke in die Physik solarer Flares gewonnen werden.