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Astrophysik

Den Geheimnissen des Sonnenwindes auf der Spur

Welchen Gesetzen gehorchen die wilden Winde des Weltalls? Um das zu eruieren, startet ein Nasa-Projekt mit österreichischer Beteiligung. Zudem soll künstliche Intelligenz bei der Wettervorhersage im All helfen.

Jeden Tag strahlt uns die Sonne als gigantische Energiequelle entgegen. Doch viele Phänomene, die sie auslöst, liegen aufgrund ihrer Komplexität selbst für die Forschung noch im Verborgenen. „Wenn wir die Temperatur des Sonnenwindes messen, zeigt dieser ein merkwürdiges Verhalten: Er ist viel heißer, als wir es aufgrund bisher bekannter physikalischer Prozesse erwarten würden“, schildert etwa Owen Roberts vom Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

Als Teil eines neuen Projekts der US-Weltraumbehörde Nasa wollen die Grazer Forscher dazu beitragen, die physikalischen Prozesse aufzudecken, die für das Aufheizen der geladenen Teilchen im interplanetaren Raum verantwortlich sind. Im Projekt „Helioswarm“ stehen die wilden Winde, die die Sonne erzeugt, im Mittelpunkt. Wobei sich diese von denen, wie wir sie auf der Erde kennen, klar unterscheiden. Ihre Ursprungspunkte sind die als dunkle Flecken erkennbaren Magnetfelder an der Sonne. Dort entsteht ständig Weltraumwind: Große Mengen geladener Plasmateilchen werden ins All geschleudert und bewegen sich auf die Erde zu. Dort treffen sie aber nicht auf, das Magnetfeld der Erde wirkt wie ein Schutzschild.

Doch auch so können sie allerlei Schaden anrichten: Sie verursachen starke Schwankungen im Stromnetz, Internetausfälle oder flächendeckende Stromausfälle. Im All gefährden sie nicht nur die Funktionstüchtigkeit von Satelliten und Kommunikationssignalen, sondern auch die Astronauten – sie müssen von den energetischen Teilchen abgeschirmt und geschützt werden.

 

Raumsonden schwärmen aus

Eine allgemein gültige Erklärung zum Verständnis der Sonnenwindturbulenzen fehlt bis dato allerdings. Neue Erkenntnisse soll ein ganzer „Schwarm“ von neun Raumsonden – ein Hauptsatellit und acht Kleinsatelliten – bringen. Sie können zugleich an verschiedenen Punkten im Weltall messen und dabei ihre Ausrichtung und die Abstände zueinander ändern: Diese technische Innovation biete die einzigartige Möglichkeit, die Turbulenz und ihre Entwicklung im Sonnenwind zu untersuchen, erläutert Roberts.

Die Forscher am IWF entwickeln für „Helioswarm“ eine Wellenanalysemethode, die die Daten aller neun Satelliten kombiniert. Damit lasse sich feststellen, welche Arten von Wellen es gibt, in welche Richtungen sie sich bewegen und vor allem, wie sie Teilchen aufheizen und beschleunigen, erklärt Roberts. Bis dahin dauert es allerdings noch: Zwar reichen die Anfänge des internationalen Weltraumprojekts bis in die 1980er-Jahre zurück, gestartet wird die Mission aber erst 2028.

Bis dahin sollen schon einmal die Prognosemodelle von Sonnenstürmen verbessert werden. Um deren Stärke vorherzusagen, kooperiert ein Forschungsteam vom IWF und dem Grazer Know-Center in einem EU-Projekt. Ziel ist ein Frühwarnprogramm, das künstliche Intelligenz nutzt: Durch maschinelles Lernen sollen Algorithmen trainiert werden, riesige Datenmengen zu analysieren. So sollen sich Vorhersagen und neue Lösungen ableiten lassen. Dabei greift man auf einen großen Datenschatz aus Weltraummissionen, Simulationen und Laborexperimenten zu. Die ersten Ergebnisse wurden kürzlich bereits im Fachmagazin Space Weather veröffentlicht.

LEXIKON

Sonnenwind ist ein konstanter Strom geladener Teilchen, den die Sonne aussendet. Er besteht aus turbulenten magnetischen Wellen, Wirbeln und anderen Strukturen, die das Plasma aufheizen. Die durch ihn erzeugten komplexen Phänomene in der Erdumgebung werden unter dem Begriff Weltraumwetter zusammengefasst. Sie können die Funktionstüchtigkeit von Satelliten beeinflussen und auch Astronauten gefährden.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 19.02.2022)