Das Magnetfeld der Sonne steht kurz vor einer Umkehrung (Bildnachweis: Erstellt in Canva von Daisy Dobrijevic)
Die Sonne steht kurz vor einem bedeutenden Ereignis: einer Magnetfeldumkehr.
Dieses Phänomen tritt etwa alle 11 Jahre auf und markiert eine wichtige Phase im Sonnenzyklus. Die Verschiebung der Polarität zeigt die Hälfte des Sonnenmaximums, den Höhepunkt der Sonnenaktivität und den Beginn der Verschiebung zum Sonnenminimum an.
Das letzte Mal hat sich das Magnetfeld der Sonne gegen Ende des Jahres 2013 umgepolt. Aber wie kommt es zu dieser Umpolung, und ist sie gefährlich? Schauen wir uns die Magnetfeldumkehr der Sonne genauer an und untersuchen wir die Auswirkungen, die sie auf die Erde haben könnte.
Um die Umkehrung des Magnetfelds zu verstehen, muss man zunächst mit dem Sonnenzyklus vertraut sein. Dieser etwa 11 Jahre dauernde Zyklus der Sonnenaktivität wird durch das Magnetfeld der Sonne bestimmt und lässt sich an der Häufigkeit und Intensität der auf der Oberfläche sichtbaren Sonnenflecken ablesen. Der Höhepunkt der Sonnenaktivität während eines bestimmten Sonnenzyklus wird als Sonnenmaximum bezeichnet, und aktuellen Schätzungen zufolge wird es zwischen Ende 2024 und Anfang 2026 auftreten.
Aber es gibt noch einen weiteren sehr wichtigen, wenn auch weniger bekannten Zyklus, der sich über zwei 11-jährige Sonnenzyklen erstreckt. Dieser als Hale-Zyklus bekannte magnetische Zyklus dauert etwa 22 Jahre, in denen sich das Magnetfeld der Sonne umkehrt und dann wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt, so Ryan French, Sonnenastrophysiker und kosmischeweiten.de-Autor, gegenüber kosmischeweiten.de.
Im solaren Minimum ist das Magnetfeld der Sonne fast ein Dipol, mit einem Nord- und einem Südpol, ähnlich wie das Magnetfeld der Erde. Wenn wir uns jedoch dem solaren Maximum nähern, „wird das Magnetfeld der Sonne komplexer, ohne eine klare Trennung zwischen Nord- und Südpol“, so French. Wenn das Sonnenmaximum vorüber ist und das Sonnenminimum erreicht wird, ist die Sonne wieder ein Dipol, wenn auch mit umgekehrter Polarität.
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Der bevorstehende Polaritätswechsel wird in der nördlichen Hemisphäre von einem nördlichen zu einem südlichen Magnetfeld und in der südlichen Hemisphäre umgekehrt verlaufen. „Damit wird er eine ähnliche magnetische Ausrichtung haben wie die Erde, deren Magnetfeld auf der Nordhalbkugel ebenfalls nach Süden ausgerichtet ist“, erklärt French.
Wie kommt es zu dieser Umpolung?
Die Umpolung wird von Sonnenflecken angetrieben, magnetisch komplexen Regionen der Sonnenoberfläche, die bedeutende Sonnenereignisse wie Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe (CMEs) – große Plasma- und Magnetfeldausbrüche – hervorrufen können.
Während des Sonnenmaximums ist eine große Anzahl von Sonnenflecken in mittleren Breitengraden sichtbar, während des Sonnenminimums sind nur sehr wenige (manchmal gar keine) Sonnenflecken am Äquator zu sehen. (Bildnachweis: Future)
Wenn Sonnenflecken in Äquatornähe entstehen, haben sie eine Ausrichtung, die dem alten Magnetfeld entspricht, während Sonnenflecken, die sich näher an den Polen bilden, ein Magnetfeld haben, das der eingehenden magnetischen Ausrichtung entspricht, so French. Dies wird als Hale’sches Gesetz bezeichnet.
„Das Magnetfeld aus aktiven Regionen bahnt sich seinen Weg zu den Polen und verursacht schließlich die Umkehrung“, sagte der Sonnenphysiker Todd Hoeksema, Direktor des Wilcox Solar Observatory an der Stanford University, zuvor gegenüber kosmischeweiten.de.
Aber die genaue Ursache für eine solche Umpolung bleibt rätselhaft. „Das hängt mit dem gesamten [Sonnen-] Zyklus zusammen, und wir fragen uns, was das ist“, sagte Phil Scherrer, Sonnenphysiker an der Stanford University, gegenüber kosmischeweiten.de. „Wir haben immer noch keine wirklich konsistente mathematische Beschreibung dessen, was passiert. Und solange man es nicht modellieren kann, versteht man es nicht wirklich – es ist schwer, es wirklich zu verstehen.“
Es hängt wirklich davon ab, woher das Magnetfeld kommt. „Wird es viele Sonnenflecken geben? Und werden die Sonnenflecken zum Magnetfeld des Pols beitragen, oder werden sie sich lokal aufheben?“ sagte Hoeksema. „Diese Frage wissen wir noch nicht zu beantworten.“
Wie schnell erfolgt der Wechsel?
Was wir wissen, ist, dass die Umkehrung des solaren Magnetfelds nicht sofort erfolgt. Es handelt sich um einen allmählichen Übergang von einem Dipol zu einem komplexen Magnetfeld und schließlich zu einem umgekehrten Dipol über den gesamten 11-jährigen Sonnenzyklus. „Kurz gesagt, es gibt keinen bestimmten ‚Moment‘, in dem sich die Pole der Sonne umkehren“, so French. „Es ist nicht wie auf der Erde, wo die Umkehrung durch die Wanderung des Nord-/Südpols gemessen wird.“
Eine vollständige Umkehrung dauert in der Regel ein oder zwei Jahre, kann aber stark variieren. Das Nordpolfeld des Sonnenzyklus 24, der im Dezember 2019 endete, brauchte nach Angaben des Nationalen Sonnenobservatoriums beispielsweise fast fünf Jahre für die Umkehr.
Die Umkehrung des Magnetfelds ist so allmählich, dass man sie nicht einmal bemerkt, wenn sie passiert. Und nein, so dramatisch es auch klingen mag, es ist nicht das Zeichen einer bevorstehenden Apokalypse. „Die Welt wird morgen nicht untergehen“, sagte Scherrer gegenüber kosmischeweiten.de.
Allerdings werden wir einige der Nebenwirkungen der Polaritätsumkehr erleben.
Wie wirkt sich die magnetische Umkehrung der Sonne auf uns aus?
Artist’s impression of the heliospheric current sheet which becomes more wavy when the sun’s magnetic field flips. (Bildnachweis: NASA)
Es besteht kein Zweifel, dass die Sonne in letzter Zeit unglaublich aktiv war und zahlreiche starke Sonneneruptionen und CMEs abgefeuert hat, die auf der Erde starke geomagnetische Stürme auslösten, die wiederum in letzter Zeit einige unglaubliche Polarlichter hervorgebracht haben.
Die zunehmende Schwere des Weltraumwetters ist jedoch nicht die direkte Ursache für die Umpolung. Vielmehr neigen diese Dinge dazu, zusammen aufzutreten, sagte Hoeksema 2013 gegenüber kosmischeweiten.de.
Das Weltraumwetter ist typischerweise während des Sonnenmaximums am stärksten, wenn das Magnetfeld der Sonne auch am komplexesten ist, so French.
Ein Nebeneffekt der Magnetfeldverschiebung ist geringfügig, aber in erster Linie vorteilhaft: Sie kann dazu beitragen, die Erde vor galaktischer kosmischer Strahlung abzuschirmen – hochenergetischen subatomaren Teilchen, die sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit fortbewegen und Raumfahrzeuge beschädigen und Astronauten im Orbit, die sich außerhalb der schützenden Erdatmosphäre befinden, schädigen können.
Wenn sich das Magnetfeld der Sonne verschiebt, wird die „Strombahn“ – eine ausgedehnte Oberfläche, die vom Äquator der Sonne Milliarden von Kilometern nach außen strahlt – stark gewellt, was eine bessere Barriere gegen kosmische Strahlung darstellt.
Vorhersage zukünftiger Sonnenzyklusstärken
Wissenschaftler werden ein wachsames Auge auf die Umkehrung des Magnetfelds der Sonne haben und sehen, wie lange es dauert, bis es wieder in eine Dipolkonfiguration zurückkehrt. Wenn dies innerhalb der nächsten paar Jahre geschieht, wird der nächste 11-Jahres-Zyklus relativ aktiv sein, aber wenn der Aufbau langsam erfolgt, wird der Zyklus relativ schwach sein, wie der vorherige Sonnenzyklus 24.
