Das bevorstehende Sonnenmaximum wird den Himmel mit Nordlichtern bemalen

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Wie die Sonne die Polarlichter erzeugt und wie man sie sieht.

Wenn Sie das Nordlicht sehen möchten, müssen Sie normalerweise den gefrorenen Landschaften des Großen Weißen Nordens trotzen. An jedem beliebigen Tag sind die Polarlichter innerhalb eines relativ kleinen Ovals um die Pole und nirgendwo sonst sichtbar. Die frostigen Gebiete im hohen Norden und Süden sind harte Orte zum Leben. Das sind Orte, an denen man einen wochenlangen Kampf gegen die Natur selbst plant, wie zum Beispiel „Race to Survive: Alaska“ in den USA, bei dem acht Zweierteams gegeneinander und die Landschaft Alaskas antreten.

Während das Gewinnerteam mit einem Preisgeld von einer halben Million Dollar belohnt wird, werden die Menschen, die an den ungünstigsten Orten der Erde leben, mit einer der brillantesten Lichtshows der Welt belohnt.

Die Sonne ist eine massive Kugel aus sehr heißem Gas mit sehr hohem Druck. Die meisten von uns wissen das, aber wir verbringen nicht viel Zeit damit, darüber nachzudenken, was es bedeutet. Auch die Sonne ist atemberaubend groß. Mehr als 99 % der gesamten Masse des Sonnensystems sind in der Sonne enthalten. Alles von dir und mir, die gesamte Erde, Mars, Jupiter und alles andere im Sonnensystem besteht aus dem kleinen Rest.

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Die gesamte Masse, die Zehntausende von Planeten umfasst, ist in einer Kugel mit einem Durchmesser von 865.000 Meilen zusammengepresst. Dadurch entsteht eine starke Schwerkraft, die die Materie der Sonne in Richtung Zentrum zieht. Durch den Druck im Kern werden Wasserstoffatome miteinander verschmolzen, wodurch starke Hitze und Druck nach außen entstehen. Der kombinierte Einfluss dieser Kräfte – die innere Anziehungskraft der Schwerkraft und der äußere Druck der Fusion – bewegt elektrisch geladenes heißes Plasma wie einen großen kochenden Feuerozean.

Plasmaströme verdrehen sich umeinander und erzeugen starke Magnetfelder, die ebenfalls durcheinander geraten. Im Laufe der Zeit führen die Wechselwirkungen des Sonnenmagnetfelds zu einem Anstieg der Sonnenaktivität, bis sie das erreicht, was Wissenschaftler als solares Maximum bezeichnen. Dann dreht sich das gesamte Magnetfeld der Sonne um und die Sonne beruhigt sich für eine Weile, bevor sie wieder ansteigt. Der Sonnenzyklus der Sonne erstreckt sich über einen Zeitraum von 11 Jahren und ist durch einen Höhepunkt und ein Tal der Sonnenaktivität gekennzeichnet.

Wir erleben diese Sonnenaktivität hauptsächlich durch eine Zunahme der beobachteten Sonnenflecken. Wenn die Sonnenaktivität zunimmt, halten besonders starke Magnetfelder einen Teil der Sonnenwärme unter der Oberfläche verborgen. Infolgedessen sind Teile der Sonnenoberfläche kühler (sie sind immer noch superheiß, etwa 6.500 Grad Fahrenheit) als die umliegenden Gebiete und erscheinen als schwarze Flecken. Wenn sich magnetische Feldlinien jedoch in der Nähe von Sonnenflecken verwickeln, lösen sie sich manchmal und schicken geladenes Plasma in einer Sonneneruption in den Weltraum.

Der aktuelle Zyklus, Sonnenzyklus 25, durchlief sein solares Minimum im Dezember 2019, als die durchschnittliche Anzahl der Sonnenflecken über einen Zeitraum von 13 Monaten nur 1,8 betrug. Wenn wir irgendwann in den nächsten Jahren das Sonnenmaximum erreichen, wird die Zahl der Sonnenflecken auf der Grundlage von Vergleichen mit früheren Zyklen auf durchschnittlich 115 oder mehr geschätzt.

Jeder neue Sonnenzyklus liefert Wissenschaftlern mehr Informationen, mit denen sie genaue Modelle des Verhaltens der Sonne erstellen können. Aber diese Zyklen ziehen sich über einen langen Zeitraum hin. Ein Wissenschaftler könnte seine gesamte Karriere damit verbringen, sie zu studieren und nur eine Handvoll zu sehen. Obwohl wir den Sonnenzyklus seit Jahrhunderten verfolgen, haben wir nur 24 davon in den Büchern, was bedeutet, dass wir zwangsläufig mit unvollständigen Daten arbeiten.

Der herkömmliche Weg, den Zeitplan und die Stärke eines bestimmten Sonnenzyklus vorherzusagen, besteht darin, die Daten und die Dauer zwischen Sonnenminima zu betrachten. Die letzten vier Sonnenzyklen waren schwächer als der historische Durchschnitt, und Wissenschaftler haben vorhergesagt, dass der Sonnenzyklus 25 zwar stärker sein wird als der vorherige Zyklus, aber immer noch schwächer als der Durchschnitt. Wissenschaftler haben außerdem vorhergesagt, dass das Sonnenmaximum im Juli 2025 erreicht wird.

Ein konkurrierendes Modell verwendet jedoch eine andere Metrik für seine Vorhersagen und ist zu einigen alternativen Schlussfolgerungen gekommen. Forscher der NASA und des National Center for Atmospheric Research haben eine neue Methode zur Vorhersage der Aktivität des Sonnenzyklus entwickelt, die auf dem Zeitpunkt beruht, an dem das Magnetfeld des vorherigen Zyklus vollständig nachlässt. Dieser Moment wird als Terminator bezeichnet und kann Monate oder Jahre nach dem Sonnenminimum im darauffolgenden Sonnenzyklus eintreten. Ihre in der Fachzeitschrift Frontiers in Astronomy and Space Science veröffentlichten Ergebnisse legen einen Zusammenhang zwischen der Länge eines Zyklus von Terminator zu Terminator und der Stärke des nächsten Zyklus nahe.

Bisher stimmt ihr Modell besser mit der Realität überein als andere Modelle. Wenn sich dieser Trend fortsetzt, könnten wir bereits Ende 2024 ein Sonnenmaximum und eine durchschnittliche Sonnenfleckenzahl von bis zu 185 sehen, was über dem historischen Durchschnitt liegt.

Sobald Sie einen überaktiven Stern haben, der plasmagefüllte Wutanfälle in Richtung der Atmosphäre eines Planeten auslöst, haben Sie ein Rezept für Aurora. Wenn geladenes Material von der Sonne mit der Erde in Kontakt kommt, wird das meiste davon dank des erdeigenen Magnetfelds abprallt. An den Polen ist das Feld jedoch am schwächsten, sodass Sonneneruptionen in die Luft gelangen können.

Wenn all diese Energie und dieses Plasma auf kaltes Gas in der Atmosphäre treffen, leuchtet es auf wie bei einem solarbetriebenen Weltraum-Rave. Polarlichter sind an beiden Polen sichtbar und werden Polarlichter australis genannt, wenn sie auf der Südhalbkugel vorkommen. Darüber hinaus scheinen beide Polarlichter Spiegelbilder voneinander zu sein, die gleichzeitig auf gegenüberliegenden Seiten des Planeten auftreten.

Die häufigsten Farben, die Sie wahrscheinlich sehen werden, sind schwache Grün- und Rosatöne, die das Ergebnis der Wechselwirkung von Sonnenenergie mit Sauerstoff in etwa 60 Meilen Höhe sind. Deutlich höher gelegener Sauerstoff leuchtet manchmal rot, während Stickstoff blaue oder violette Farbtöne abgibt.

Die Vorhersage einer einzelnen Sonneneruption und der damit verbundenen Polarlichter ist ein schwieriges Unterfangen und eine sich entwickelnde Wissenschaft. Das Space Weather Prediction Center der NOAA kündigt drohende Polarlichter etwa eine Stunde im Voraus an, kann diese aber nicht früher kommen sehen. Diese Warnung können sie Ihnen nur dank weltraumgestützter Instrumente am Lagrange-Punkt L1 der Erde geben.

Das Licht einer Sonneneruption bewegt sich natürlich mit Lichtgeschwindigkeit, daher lässt sich das nicht vorhersagen. Sobald wir es sehen, ist es schon da. Selbst wenn wir einen Beobachtungsposten direkt neben der Sonne platzieren würden, könnte er nur mit Lichtgeschwindigkeit eine Nachricht senden, die nicht früher als das Licht selbst ankommen würde. Allerdings bewegen sich die Sonnenwinde und die geladenen Teilchen etwas langsamer, nämlich mit gemächlichen 500 – 800 Kilometern pro Sekunde. Sobald der Sonnenwind L1 erreicht, haben wir zwischen 30 und 90 Minuten Zeit, bevor er uns erreicht. Das ist derzeit das Beste, was wir tun können.

Dank des konsistenten Sonnenzyklus der Sonne ist es etwas einfacher, Trends vorherzusagen. Wenn wir uns dem bevorstehenden Sonnenmaximum nähern, wird die Zahl der Sonnenflecken, Sonneneruptionen und Polarlichter zunehmen. Und ihre Intensität dürfte ebenfalls zunehmen. Stärkere Flares bedeuten, dass geladene Teilchen sich weiter entlang der Magnetfeldlinien bewegen und den Himmel in äquatorialeren Breiten erhellen können.

Während des Sonnensturms von 1859 wurden die Nordlichter bis nach Hawaii gemeldet, und es gibt Hinweise darauf, dass sich die Südlichter in jüngster Zeit noch näher an den Äquator herangeschlichen haben. Wenn Sie hoffen, die Lichter während des bevorstehenden Sonnenmaximums einzufangen, sollten Sie einen dunklen Ort und einen klaren Himmel finden und die Weltraumwetterberichte im Auge behalten. Wir wissen nicht genau, wann sie kommen, aber wir wissen, dass sie es auf jeden Fall tun werden.

Wir können das Polarlicht nicht vorhersagen, aber wir können das Fernsehprogramm vorhersagen. Neue Folgen von Race to Survive: Alaska werden jeden Montag um 11/10 Uhr in den USA ausgestrahlt.