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Weltraumwetter - Space Weather PDF Drucken E-Mail

Weltraumwetter umfasst Veränderungen des interplanetaren und interstellaren Raums mit besonderem Augenmerk auf die Region zwischen der Erde und Sonne. Auswirkungen des Weltraumwetters auf unseren Planeten haben ihre Hauptursache in der Sonne und den auf und in ihr ablaufenden Prozessen. Darunter fallen etwa der Einfluss des Sonnenwindes (Abb. 1), so wie Sonneneruptionen (Abb. 2), koronale Löcher und Massenauswurf (CME).

Die meisten Weltraumwetterereignisse haben ihren Ursprung in der Aktivität der Sonne. Die Sonne wechselt im Rhythmus von etwa 11 Jahren zwischen ruhigen und besonders aktiven Phasen. Während dieser Phasen ändert sich das Magnetfeld der Sonne, was zu einer erhöhten Anzahl von Sonnenflecken und zu verstärkten Auftreten von koronalen Massenauswürfen führt. Dieses energiereiche Sonnenplasma besteht aus geladenen Partikeln und kann geomagnetischen Stürmen auslösen wenn es die Erde erreicht. In polaren Breiten kommt es dann vermehrten zu Partikelniederschlag, der als besonders spektakuläre Aurora borealis (Nordlicht) bzw. Aurora australis (Südlicht) beeindruckt (Abb. 3). Jedoch wirkt sich diese Energiezufuhr auch in Form einer Verstärkung von elektrischer Felder und Ströme in der Ionosphäre aus. Die dabei entstehenden Stromsysteme können wiederum Ströme in Leitungen, wie z.B. in Oberlandleitungen, Pipelines, etc. induzieren. Mögliche Folgen sind zeitweilige Störungen in der Funkübertragung sowie Stromausfall bis hin zu dauerhaften Schäden elektrischer Leiter und Beschädigung von Satelliten. Letztere können einerseits durch Strominduktion, andererseits aber auch durch Bahnänderungen aufgrund von Dichteunterschieden und Verformung der Erdatmosphäre verursacht werden. Die ungünstigen Auswirkungen des Weltraumwetters auf die zunehmend ausgebaute und empfindliche Infrastruktur führen zu einer steigenden Bedeutung der Erforschung des Weltraumwetters, der Ionosphäre und der Magnetosphäre.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Das bisher eindrucksvollste Ereignis, auch bekannt als „Carrington-Event“, seit 160 Jahren wurde Mitte 19.Jahrhundert beobachtet. Am 1. September 1859 beobachtete der britische Astronom Richard C. Carrington eine Sonneneruption bzw. ein sogenanntes „white-light solar flare“ - eine magnetische Explosion auf der Sonne. Bereits 17 Stunden später zeichneten sich die Auswirkungen ab, als die geladenen Partikel des Sonnenplasmas die Erde erreichten. Der bis heute größte geomagnetische Sturm traf in der Nacht vom 1. auf den 2. 9. 1859 die Erde und brachte nicht nur Auroras die bis in tropische Breiten, etwa Hawaii, zu sehen waren, sondern verursachte auch einen Totalausfall der Telegrafensysteme in Europa und Nordamerika.

Der „New York Railroad Storm“ (13.-15.5.1921) ist ein weiteres dieser Events mit großflächigen Auswirkungen. Aufgrund induzierter elektrische Ströme in Kabelleitungen von Telefon- und Telegraphensystemen sowie Straßenbahn- und Zugnetzen, kam es zu Störungen bzw. Ausfällen dieser Einrichtungen und teils auch schweren Schäden durch Kabelbrände.

Als am 13. März 1989 ein geomagnetischer Sturm, ausgelöst durch eine Sonneneruption zwei Tage zuvor, die Erde erreichte, überlasteten induziert elektromagnetische Ströme innerhalb von Minuten das gesamte Stromnetz der kanadische Provinz Quebec. Daraufhin waren Millionen von Menschen Stunden ohne Strom. Auch Navigationssysteme versagten aufgrund von Satellitenstörungen, einige Satelliten taumelten unkontrolliert für Stunden und auch vom Space Shuttle Discovery wurden ungeklärte Störungen von Sensoren berichtet.

Während den sogenannten „Halloween Stroms of 2003“ (29.-31.Okt. 2003) wurde am 30. Oktober 2003 in Süd-Schweden (Malmö) eine Hochspannungsübertragungsanlage lahm gelegt. Dies hatte einen Ausfall des Stromnetz von einer Stunde zur Folge mit etwa 50.000 Nutzern ohne Versorgung. In den USA waren Auroras bis Texas und Florida zu beobachten. Bei starken geomagnetischen Stürmen sind die Konsequenzen auch in Österreich zu erwarten.

In Österreich wurden von Polarlichter im November 2000 nördlich von Salzburg berichtet. Im folge Jahr, 2001, konnte man gleich vier Mal Auroras beobachten (März/April, Mitte Oktober, Ende Oktober, Anfang November). Auch während der 2003 Halloween Storms waren hell leuchtende Auroras in Österreich zu sehen.

 

Geomagnetische Variationen werden generell von magnetischen Observatorien überwacht. Die planetarische Kennziffer KP (Mittelwert über drei Stunden) würde 1949 von J. Bartels eingeführt und basiert auf der standardisierten Kennziffer K. Diese bemisst solare Teilchenstrahlung anhand deren magnetischen Effekts. Seit 1997 wird die KP Kennziffer am Geomagnetischen Observatorium Niemegk des Helmholtz-Zentrum Potsdam GFZ Deutsches GeoForschungsZentrum bestimmt. KP und dessen anverwandten Kennziffern (aP, AP, CP) werden weitgehend verwendet in den Bereichen der ionosphärischen und magnetischen Forschung und sind generell als Kennziffern zur Beschreibung der globalen geomagnetischen Aktivität anerkannt.
Der KCOBS Index beschreibt die lokale geomagnetische Oberflächenaktivität am Conrad Observatorium in Österreich und Echtzeitdaten sind auf COBS Geomagnetische Aktivität angeführt.

References:

Jeffrey J. Love (2008) Magnetic monitoring of Earth and space. Physics Today (Feb 2008).
L. J. Lanzerotti (2003) Solar Terrestrial Physics.
Jeffery J. Love and Carol A. Finn (2011) The USGS Geomagnetism Program and Its Role in Space Weather Monitoring. Space Weather, Vol.9.

Solar Flares and Coronal Mass Ejection (NASA movie)
1989 Quebec Blackout: The Day the Sun Brought Darkness (NASA Feature, 13. März 2009)
The Day the Solar Wind Disappeared (NASA Science News, 13. Dec. 1999)
1859 Carrington Event: A Super Solar Flare (NASA Science News, 6. Mai 2008)
Halloween Storms of 2003 Still the Scariest (NASA Feature, 27. Oct. 2008)
Severe Space Weather – Social and Economic Impact (NASA Science News, 21. Jan. 2009)
Das Weltraumwetter und seine Auswirkungen (Max-Planck-Institute für Aeronomie, pdf)

Polarlichtbeobachtungen in Österreich
"Lights Over Lapland - Arctic Nights" (Video, Website)

NASA Heliophysics Fun Facts (Auswahl)
Heliosphere Fun Facts:
“Hydrogen and helium make up about 99.9 percent of the solar wind.”
Sun Fun Facts:
“It takes light 200,000 years to escape from the Sun but only 8 minutes to reach the Earth.”
Magnetosphere Fun Facts:
“Aurora like the ones on Earth can be seen on Mercury, Jupiter, Saturn, Uranus, and even Neptune.”
Near-Earth Space Fun Facts:
“The ionosphere makes long distance radio communication possible by reflecting radio waves back to Earth.”
“During a severe solar storm, Earth loses about 100 tons of atmosphere into space.”

Space Weather Fun Facts:
“The travel time for the solar wind from the Sun to the Earth is two to four days.”
“The temperature of solar wind plasma around the Earth is about 150,000 Kelvin.”

 
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