Wird die nächste Weltraumwettersaison stürmisch oder fair sein?

Die große Neuigkeit über die Sonne ist, dass es keine große Neuigkeit gibt. Wir sind gesegnet, sagen Astronomen gerne, neben einem „langweiligen Stern“ zu leben.

Aber die Bewohner (falls vorhanden) der Planeten, die den Nachbarstern Proxima Centauri umkreisen, der nur 4,2 Lichtjahre entfernt ist, haben weniger Glück. Im April gaben Astronomen bekannt, dass 2019 ein massiver Flare von seiner Oberfläche ausgebrochen war. Sieben Sekunden lang hatte der kleine Stern, als eine Batterie von Teleskopen auf der Erde und im Weltraum zusah, seine Leistung an ultravioletter Strahlung in einem der gewalttätigste solche Fackeln, die jemals in unserer Galaxie gesehen wurden.

Dies war mehr als ein ernstes Gebiet mit Sonnenbrand. “Ein Mensch auf diesem Planeten würde eine schlechte Zeit haben”, sagte Meredith MacGregor, eine Astronomieprofessorin an der Universität von Colorado, die die weltweiten Beobachtungsbemühungen leitete.

Weltraumwetter in dieser Größenordnung könnte potenziell bewohnbare Planeten sterilisieren und schlechte Nachrichten für die Suche nach Leben jenseits dieses Sonnensystems liefern. Sogar mildes Weltraumwetter kann für bereits entwickelte und sesshafte Kreaturen störend wirken; Sonnenflecken und Sonnenstürme, die in einem 11-Jahres-Zyklus wachsen und abnehmen, sprühen Energie, die Raumfahrzeuge, Astronauten und Kommunikationssysteme gefährden kann.

Ein neuer Zyklus von Stürmen wird jeden Tag beginnen, und Astrophysiker sind sich uneinig, wie aktiv oder bedrohlich er sein wird. Die Sonne könnte im Begriff sein, Rekorde für Sonnenfleckenzahlen und heftige Stürme aufzustellen, oder sie könnte von 1645 bis 1715 in einen Rückgang wie das Maunder-Minimum abrutschen, als kaum Sonnenflecken auftauchten – eine Zeit, die in Europa als das kleine Eis bekannt wurde Alter.

Kosmische Hypothekenzahlungen

„Wir leben in der Atmosphäre eines Sterns“, wie Scott McIntosh, Sonnenphysiker am National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, oft sagt. „Als Zivilisation nehmen wir unseren Stern als selbstverständlich hin.“

Hier, 93 Millionen Meilen vom nächsten Stern entfernt – dem, den wir unsere Sonne nennen – existieren und gedeihen wir meistens am Rande fast unverständlicher Gewalt und Komplexität.

Die Sonne ist ein mittelgroßer Stern, ein Ball aus glühend heißem ionisiertem Gas mit einem Durchmesser von einer Million Meilen. Sein großes Inneres rotiert schneller als sein Äußeres, und die äußeren Schichten rotieren am Äquator schneller als an den Polen. Das Ergebnis ist ein knurrendes Nest von Magnetfeldern, die sich als Sonnenflecken manifestieren und schlimmer sind, wenn sie die Oberfläche brechen.

Jede Sekunde verbrennen thermonukleare Reaktionen im Zentrum der Sonne 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu 596 Millionen Tonnen Helium. Die fehlenden vier Millionen Tonnen, die in reine Energie umgewandelt wurden, bilden die Hypothekenzahlung für alles Leben auf der Erde und vielleicht auch anderswo im Sonnensystem. Wenn die Energie aus der Sonne austritt, steigt sie durch sukzessive kühlere und weniger dichte Gasschichten und schließlich 100.000 Jahre später aus der Photosphäre oder Oberfläche, wo die Temperatur lediglich 5.700 Grad Fahrenheit beträgt.

Die Sonne ist bei diesen Hypothekenzahlungen erstaunlich beständig. Vor einigen Jahren bestätigte ein Experiment in Italien, dass unser Stern seine Energieabgabe in mindestens den letzten 100.000 Jahren nicht verändert zu haben scheint. Dies ist die Zeit, die diese Energie benötigt, um aus dem Sonnenkern zu wandern. Die Forscher konnten berechnen, wie viel Energie die Sonne in Echtzeit produziert, indem sie subatomare Partikel, sogenannte Neutrinos, messen, die durch Kernreaktionen in der Sonne erzeugt werden, in Sekunden entkommen und die Erde in nur acht Minuten erreichen. Sie fanden heraus, dass diese Energie der Leistung entspricht, die vor 100.000 Jahren erzeugt wurde und erst jetzt nachweisbar ist.

Die Aktion hört nicht an der Sonnenoberfläche auf. Diese freundliche gelbe Photosphäre kocht wie Haferflocken und ist mit dunklen Magnetstürmen (den berüchtigten Sonnenflecken) übersät, die mit Schauern elektrischer Partikel und Strahlung knistern, wirbeln und peitschen. Die Korona, die aus dünnen, superschnellen Strömen von elektrifiziertem Gas besteht und nur während Sonnenfinsternissen sichtbar ist, erstreckt sich Millionen von Meilen von der leuchtenden Oberfläche entfernt.

Manchmal laufen Dinge schief, obwohl sie bisher weit unter den Ausbrüchen von Proxima Centauri liegen. Wenn die Magnetfelder, die durch all das wirbelnde, elektrifizierte Gas erzeugt werden, auf der Sonnenoberfläche auftauchen, werden sie verdreht und verheddert. Schließlich schnappen sie in Schleifen und verbinden sich wieder, wodurch enorme Mengen an Strahlung und geladenen Teilchen freigesetzt werden – eine explosive Sonneneruption, die stärker sein kann als Millionen von Wasserstoffbomben.

Manchmal blasen diese Fackeln ganze Stücke der äußeren Schichten der Sonne in den Weltraum, bei Ereignissen, die als koronale Massenauswürfe bezeichnet werden. Die Mutter aller bisher bekannten Sonnenstürme ereignete sich am 1. September 1859, als ein Sonnenfleck auf die Erde prallte. Funken flogen von Telegraphensystemen in Europa und Nordamerika und verursachten Brände. Die Polarlichter erstreckten sich in dieser Nacht bis nach Hawaii und Kuba und waren so hell, dass die Leute bei ihrem Licht ihre Zeitungen lesen konnten.

Im Jahr 2012 verfehlte ein weiterer koronaler Massenauswurf die Erde nur knapp. Eine frühere Studie der Nationalen Akademie der Wissenschaften kam zu dem Schluss, dass ein direkter Treffer durch einen solchen Sturm Schäden in Höhe von etwa 2 Billionen US-Dollar verursachen, das Stromnetz abschalten und Satelliten zumindest vorübergehend blind machen könnte. Vergessen Sie den Versuch, das Internet oder Ihren lokalen Geldautomaten zu nutzen. Viele Menschen könnten ihre Toiletten nicht einmal ohne den Strom spülen, um Wasserpumpen zu betreiben, heißt es in dem Bericht. “Ich denke, als Zivilisation werden wir verarscht”, sagte Dr. McIntosh.

Solche Stürme treten eher während der Höhepunkte des mysteriösen 11-jährigen Zyklus der Sonnenfleckenaktivität auf.

In letzter Zeit sind die Sonnenfleckenzyklen schwächer geworden. Während des letzten Zyklus wurden im Jahr 2014, dem Jahr der höchsten Aktivität, 101 Flecken auf der Sonne beobachtet. das war weit unter dem historischen Durchschnitt von 160 bis 240.

Im vergangenen Jahr prognostizierte ein Komitee aus Wissenschaftlern der NASA und der National Oceanic and Atmospheric Administration, dass der kommende Zyklus ähnlich anämisch sein würde, mit einem Höchststand von etwa 115 Sonnenflecken im Jahr 2025.

Aber Dr. McIntosh und seine Kollegen haben eine radikal andere Prognose erstellt, von mehr als 200 Sonnenflecken auf ihrem Höhepunkt. Der 11-jährige Sonnenfleckenzyklus, basierend auf einer Analyse von 140 Jahren Sonnenmessungen, täuscht über einen grundlegenderen 22-jährigen Hale-Zyklus hinweg, der nach seinem Entdecker George Ellery Hale benannt wurde. Während dieser Zeit kehrt das Magnetfeld der Sonne ihre Polarität um und schaltet dann zurück.

Jeder Zyklus endet oder beginnt, wenn zwei Magnetismusbänder, die von entgegengesetzten, hohen Breitengraden der Sonne wandern, sich am Äquator treffen und sich gegenseitig vernichten. Im Durchschnitt dauert jede Phase des Zyklus 11 Jahre, kann jedoch variieren.

Dr. McIntosh und sein Team fanden heraus, dass der nächste Zyklus umso schwächer ausfallen würde, je länger ein Zyklus dauerte und umgekehrt. Der aktuelle Zyklus, der 24. seit Beginn der Aufzeichnung, zeigt alle Anzeichen eines Endes nach etwas mehr als 10 Jahren – kürzer als der Durchschnitt, was bedeutet, dass der nächste Zyklus stark sein sollte.

“Sunspot Cycle 25 könnte eine Größenordnung haben, die mit den wenigen seit Beginn der Aufzeichnungen mithalten kann”, sagte Dr. McIntosh Ende April. Am Donnerstag warteten er und sein Team noch auf den Beginn der „Zündung“. “Es ist sehr, sehr nah”, schrieb er in einer E-Mail. “Wir beobachten sehr genau.”

Der Elefant und die Sterne

Neben der Gesundheit unserer planetarischen Infrastruktur steht der Stolz der Astronomen auf das Gefühl, die komplizierten und gewalttätigen Prozesse hinter dem relativ ruhigen Gesicht der Sonne zu verstehen.

„Ich denke, das Problem mit der Sonne ist, dass wir ihr zu nahe sind und es daher zu viele Daten über die Sonne gibt“, sagte Dr. McIntosh. Er nannte es einen Modellbrecher: „Ihre Modelle werden irgendwann scheitern. Das ist einer der Gründe, warum es so schwer ist, das Wetter vorherzusagen, oder? Weil unsere Beobachtungen so detailliert sind, aber Sie wissen, dass es schwierig ist, sie absolut richtig zu machen. “

Tony Phillips, ein Astronom, der die Website Spaceweather.com betreibt, stimmte in einer E-Mail zu. “Nach meiner Erfahrung können Menschen, die etwas wirklich verstehen, es einfach erklären”, sagte er. “Es fällt mir auf, dass fast niemand im Geschäft mit der Vorhersage von Sonnenzyklen sein Lieblings-Dynamomodell so erklären kann, dass Laien es ‘bekommen’ können.”

Die Situation erinnerte ihn an die sprichwörtlichen Blinden, die versuchen, eine Elefantentheorie zu erstellen, von denen sich einer ausschließlich darauf konzentrierte, den Stamm des Tieres zu fühlen.

“Scott und Bob stehen zur Seite und rufen: ‘Hey, ihr ignoriert den größten Teil des Elefanten'”, sagte er. „Mit anderen Worten, hinter dem Sonnenzyklus steckt mehr, als von herkömmlichen Modellen allgemein angenommen wird. Und so sind sie laut Scott dazu verdammt, das große Ganze falsch zu verstehen. “

Jay Pasachoff, ein Astronom am Williams College, der sein Leben damit verbracht hat, die Korona während der Sonnenfinsternisse zu beobachten, sagte, er habe solchen Prognosen nicht viel Bedeutung beigemessen. In einer E-Mail erzählte er von einem Treffen im letzten Zyklus, das „amüsante Gespräche“ führte.

Das Gespräch, so erinnerte er sich, lautete: „Der nächste Zyklus wird stärker als der Durchschnitt sein, der nächste Zyklus wird schwächer als der Durchschnitt sein, der nächste Zyklus wird entweder stärker als der Durchschnitt oder schwächer als der Durchschnitt sein, der nächste Zyklus wird weder stärker sein überdurchschnittlich oder schwächer als der Durchschnitt. “

Er fügte hinzu: “Also ist mein Plan abzuwarten und zu sehen.”

Abgesehen von potenziellen Gefahren ist es entscheidend, zu verstehen, wie der Sonnenfleckenzyklus tatsächlich funktioniert, „aus rein menschlicher Sicht, wenn Sie Sterne verstehen wollen“, sagte Dr. McIntosh. “Und wenn Sie darüber nachdenken, ist das Magnetfeld der Erde hauptsächlich der Grund, warum wir wahrscheinlich Leben auf der Erde haben.”

Er wies darauf hin, dass der Mars weder eine Atmosphäre noch ein Magnetfeld hat. “Wenn Ihr Planet kein Magnetfeld hat, können Sie die Atmosphäre haben, die Sie wollen”, sagte er, “aber Ihr lokaler freundlicher Nachbarschaftsstar könnte es sofort wegwischen.”

Tatsächlich vermuten Astrophysiker, dass ein solches Schicksal dem Mars widerfuhr, der einst wärmer und feuchter war als heute.

Proxima Centauri, ein kleiner Stern, der als M-Zwerg bekannt ist, beherbergt mindestens zwei Exoplaneten, von denen einer erdgroß und nahe genug am Stern ist, um bewohnbar zu sein, wenn er nicht in Strahlung gebadet wäre. Dr. MacGregor bot einen Hoffnungsschimmer für das Leben in solchen Vierteln.

“Jüngste Arbeiten haben gezeigt, dass ultraviolettes Licht für die Katalyse des Lebens sehr wichtig sein kann – komplexe Moleküle in Aminosäuren und letztendlich in einzellige Organismen umzuwandeln”, sagte sie. „Da M-Zwerge so klein und kalt sind, produzieren sie nicht so viel UV-Strahlung, außer wenn sie aufflackern. Vielleicht gibt es einen Sweet Spot, an dem ein Stern genug aufflackert, um das Leben zu entfachen, aber nicht so sehr, dass er es sofort zerstört! “