Airbag gegen Sonnenstürme: Forscher entwerfen Schutzschild für die Erde
Satelliten sollen bei Sonnenstürmen Gaswolken freisetzen und das Magnetfeld der Erde entlasten – wie ein Airbag, der im Notfall aufgeht.
Eine Plasmawolke der Sonne trifft auf das Erdmagnetfeld. Solche Sonnenstürme können Satelliten beschädigen, Navigation stören und Stromausfälle auslösen. © Steele Hill, NASA
Ein Regenschirm hält einen normalen Schauer problemlos ab. Bei einem schweren Unwetter sieht das anders aus. Windböen drücken den Stoff nach innen, Regen peitscht von der Seite, manche Schirme knicken sogar um. Der Schutz ist noch da – aber er ist nicht perfekt.
Ähnlich verhält es sich mit der Erde. Ihr Magnetfeld hält den ständigen Teilchenstrom der Sonne meist zuverlässig auf Abstand. Doch wenn die Sonne gewaltige Wolken geladener Materie ins All schleudert, gerät dieser Schutzschirm unter Druck. Dann können Satelliten ausfallen, Funkverbindungen gestört werden und starke Ströme durch Stromnetze fließen.
Die Frage lautet deshalb nicht mehr nur, wann der nächste große Sonnensturm kommt. Einige Physiker denken bereits darüber nach, wie sich die Erde zusätzlich schützen ließe. In ihrer Studie beschreiben sie ein Konzept mit dem Namen StormWall, das im Ernstfall eine künstliche Plasmawolke zwischen Sonne und Erde erzeugen soll – wie ein Airbag im All, der sich vor dem Aufprall entfaltet und einen Teil der Wucht abfängt.
Wie das Magnetfeld Sonnenstürme von der Erde fernhält
Das Magnetfeld der Erde schützt unseren Planeten wie ein unsichtbarer Schild. Es fängt geladene Teilchen der Sonne ab und lenkt sie um die Erde herum. Bei starken Sonnenstürmen stößt dieser Schutz jedoch an seine Grenzen.
Dann verbinden sich Magnetfelder von Sonne und Erde miteinander. Fachleute sprechen von magnetischer Rekonnexion. Dadurch gelangt viel Energie in die unmittelbare Umgebung unseres Planeten. Satelliten können Schaden nehmen. Die obere Atmosphäre erwärmt sich. Stromleitungen und Transformatoren geraten unter Spannung.
1989 brach nach einem solchen geomagnetischen Sturm das Stromnetz von Hydro-Québec in Kanada zusammen. Noch deutlich stärker war das Carrington-Ereignis von 1859. Ein ähnlicher Sturm könnte heute allein an Stromnetzen Schäden von mehr als drei Billionen US-Dollar verursachen.
Eine natürliche Bremse hilft bereits erstaunlich gut
Die Erde besitzt bereits einen eigenen Mechanismus gegen extreme Sonnenstürme. Oberhalb der Atmosphäre liegt ein ringförmiger Bereich aus dünnem ionisiertem Gas. Dieses Plasma wirkt bei Störungen wie zusätzliche Masse im System.
Gerät das Magnetfeld unter Druck, bewegt sich ein Teil dieses Materials in Richtung Sonne. Die zusätzliche Masse erschwert die Verbindung der Magnetfelder. David Sibeck vom NASA Goddard Space Flight Center beschreibt diesen Effekt als Ballast. „Es ist wie ein totes Gewicht“, sagt er laut Science.
Das Konzept greift diesen natürlichen Vorgang auf. Statt nur auf das vorhandene Plasma zu vertrauen, soll künstlich deutlich mehr Material in den richtigen Bereich gelangen.
Satelliten sollen 400 Tonnen Gas freisetzen
Der Vorschlag sieht sechs Schwerlastraketen vor. Sie würden mehrere Raumfahrzeuge in eine geostationäre Umlaufbahn bringen. Diese liegt rund 36.000 Kilometer über der Erde. Dort bleiben Satelliten über derselben Region des Planeten.
An Bord befänden sich große Tanks mit Lithium, Barium oder Natrium. Selbst Salzwasser kommt als Füllung infrage. Sobald Messsysteme einen gefährlichen Sonnenausbruch melden, würden die Satelliten ihren Inhalt freisetzen.
Das Sonnenlicht ionisiert die Stoffe innerhalb kurzer Zeit. Aus dem Gas entsteht eine ausgedehnte Plasmawolke. Sie bewegt sich zur sonnenzugewandten Seite der Erde und erschwert dort die magnetische Kopplung mit dem Sonnenwind.
Berechnungen lassen Sonnenstürme deutlich schwächer wirken
Die bisherigen Berechnungen liefern hohe Werte. Rund 400 Tonnen freigesetztes Material könnten die Stärke eines schweren geomagnetischen Sturms um mehr als 60 Prozent reduzieren.
Daniel Welling von der University of Michigan formuliert es in Science so: „Es ist, als könnte man einen Airbag in der Magnetosphäre installieren.“
Auch andere Experten reagieren positiv. Allison Jaynes von der University of Iowa bezeichnet das Konzept laut dem Bericht als „hochinnovativ“ und hält es für grundsätzlich realisierbar.
Der Schutzschild könnte noch mehr leisten
Der Nutzen müsste sich nicht auf Sonnenstürme beschränken. Militärische und zivile Stellen prüfen seit Jahren, wie sich gefährliche Strahlungsgürtel im Erdorbit verringern lassen.
Im Februar testete das U.S. Naval Research Laboratory bereits die Freisetzung von Barium in großer Höhe. Das Material beeinflusst geladene Teilchen im All. So kann energiereiche Strahlung aus dem Orbit in die Atmosphäre gelenkt werden.
Nach Ansicht der Autoren könnte StormWall deshalb mehrere Aufgaben übernehmen. Brian Walsh von der Boston University formuliert es so: „Es könnte ein Sicherheitsnetz sein, das vor mehreren Dingen schützt.“
Politische Fragen werden schnell schwierig
Technisch erscheint das Konzept zumindest auf dem Papier machbar. Schwieriger dürften internationale Absprachen werden. Schließlich würde ein solches System gezielt die Weltraumumgebung der Erde verändern.
Außerdem müssten Vorhersagen von Sonnenstürmen zuverlässig genug sein. Nur dann könnten die Satelliten rechtzeitig reagieren. Auch die Finanzierung bleibt offen. Walsh berichtet von einem Gespräch mit einem Investor, der ein Abonnementmodell vorgeschlagen habe. Für ihn kommt das nicht infrage. „Entweder alle bekommen es oder niemand“, sagt er.
Der Aufwand wäre beträchtlich. Nach jedem Einsatz müsste der Airbag im All neu befüllt werden. Trotzdem halten die Forscher die Idee für prüfenswert. Walsh begründet das mit einem drastischen Szenario: „Wenn wir alle Stromnetze verlieren und sechs Jahre lang das Internet nicht nutzen können, wäre das traumatisch.“
Kurz zusammengefasst:
- Das Magnetfeld schützt die Erde vor Sonnenstürmen, kann bei extremen Ausbrüchen der Sonne aber überlastet werden.
- StormWall soll mit Satelliten rund 400 Tonnen Gas freisetzen, das im All zu Plasma wird und die Wucht eines Sonnensturms um mehr als 60 Prozent senken könnte.
- Der „Airbag im All“ bleibt vorerst ein Konzept: Neben Technik und Vorhersagen müssten vor allem internationale Regeln geklärt werden.
Übrigens: Als das Erdmagnetfeld vor 41.000 Jahren fast zusammenbrach, könnte der Homo sapiens dank Kleidung, Ocker und Höhlen besser mit der Strahlung zurechtgekommen sein als der Neandertaler. Mehr dazu in unserem Artikel.
Bild: © Steele Hill, NASA
