Sonntag, 25. Juli 2021

Weltraumwetter, Sonnenwind - Einfluss auf Kommunikation und Stromnetze auf der Erde

Auswirkungen:

"[...] Sonneneruptionen verstärken den Fluss hochenergetischer Teilchen zur Erde. Dadurch können auch elektronische Bauteile auf der Erdoberfläche gestört werden. Die Ausschussrate bei der Anfertigung von empfindlichen Halbleiterelementen während der Magnetstürme ist erheblich höher.[9] Durch den Aufprall eines CMEs auf die Erdmagnetosphäre kommt es zur Ausbildung von erdmagnetischen Stürmen. Diese sind mit einer raschen Änderung der Richtung und Stärke des Magnetfelds am Boden verbunden. Daraufhin können in ausgedehnten elektrischen Leitern wie z. B. Hochspannungsleitungen oder in Pipelines hohe Ströme induziert werden. Die Störung industrieller Produktionen, wie beispielsweise der Computerchip-Herstellung, Zusammenbrüche von Hochspannungsnetzen und Korrosionen in Öl-Pipelines offenbaren erhebliche Korrelationen zwischen Sonnenaktivität und Auftreten dieser wirtschaftlichen Ausfälle.[10]

Das Weltraumwetter kann moderne Kommunikationssysteme durch eine direkte (Zer-)Störung der elektronischen Geräte an Bord der dafür genutzten Satelliten beeinträchtigen. Satellitenkommunikation, -navigation und -orientierung werden dabei sowohl durch Teilchenströme als auch durch schwankende Magnetfelder erheblich eingeschränkt. Auch können Sonnenstürme Bauteile von Satelliten beschädigen, zerstören oder zu Systemabstürzen führen. Es wird erwartet, dass dies besonders bei Satelliten auftreten dürfte, deren Elektronikkomponenten nicht weltraumgehärtet sind und welche, um wenig Energie zu verbrauchen, mit geringer Spannung arbeiten[11]. Dies hat gravierende Auswirkungen auf Telefon, Fernsehen, Wettervorhersage und vor allem Datenübertragungen und Satellitennavigation. Infolge hochenergetischer Strahlung oder Partikel kommt es auch zu einer Verschlechterung der Bedingungen für die Signalausbreitung in der Ionosphäre. Normalerweise wirkt die Ionosphäre für hochfrequente Signale (3–30 MHz) und darunter wie ein Spiegel. Diese Reflexionseigenschaften ändern sich im Rahmen intensiver Weltraumeinflüsse jedoch so erheblich, dass es zu unerwünschten Signalüberlagerungen kommen kann. Im Bereich der oberen Atmosphäre und Ionosphäre entstehen unterbrochene oder fehlgeleitete Funkwellenausbreitungen. So kam es beispielsweise am 29. Oktober 2003 in Deutschland zu einer Störung von GPS-Referenzdiensten. Auch der Satellitenpositionierungsdienst ASCOS der E.ON Ruhrgas erlitt einen mehrstündigen Ausfall.[12] Ebenfalls durch die Veränderung des irdischen Magnetfeldes kam es 1989 in Québec (Kanada) zu einem neunstündigen Stromausfall. Ursache waren geomagnetisch induzierte Ströme in den Überlandleitungen und Ausfälle von Leistungstransformatoren.[13]

Neben diesen technischen Ausfällen stellen die von Flares und CMEs erzeugten energiereichen Protonen und Elektronen jedoch auch eine Gefahr für Lebewesen dar. Insbesondere Astronauten und Flugzeugpersonal sowie Flugreisende sind aufgrund der Höhe, in der sie sich aufhalten, einer verstärkten Strahlung ausgesetzt. Teilchenkonzentrationen, wie sie nach einem großen Flare im Oktober 1989 gemessen wurden, erweisen sich auch für Astronauten in Schutzkleidung als tödlich.[6] Dieser Aspekt spielt vor allem bei langen Weltraumfahrten oder bei Arbeiten außerhalb des Raumfahrzeuges eine bedeutende Rolle. Einzelne, besonders energiereiche Teilchen erreichen gelegentlich sogar den Erdboden und tragen so zur natürlichen Strahlenbelastung bei. Indirekt – durch die dadurch entstehenden Mutationen – hat das Weltraumwetter auch einen Einfluss auf die Evolution der Lebewesen.[14] Stärkere geomagnetische Stürme äußern sich z. B. auch in einem Schwanken der Kompassnadel und führen zu Irritationen bei Tieren, die sich vom Magnetfeld der Erde leiten lassen [...]" (Weltraumwetter)


Weltraumwetter allgemein

"Der Begriff Weltraumwetter ist analog zu irdischen atmosphärischen Wetterphänomenen definiert und beschreibt Veränderungen des interplanetaren und interstellaren Mediums, die speziell im erdnahen Bereich der Magnetosphäre (bis 50.000 km Abstand zur Erde) wahrgenommen werden. Hauptsächliche Ursachen sind der Sonnenwind und die galaktische kosmische Strahlung der Milchstraße. Durch diese Einflüsse wird der Van-Allen-Strahlungsgürtel beeinflusst und es gelangen in unregelmäßigen Abständen verstärkt Materie, Teilchen- und Strahlungsströme in das Umfeld der Erde. Diese beeinflussen damit die irdische Magnetosphäre, Ionosphäre und Erdatmosphäre.

Aufgrund der umfassenden Auswirkungen auf das irdische Leben stellt das Weltraumwetter ein wichtiges Forschungsgebiet dar. Ziel ist es, die zu Grunde liegenden physikalischen Mechanismen zu verstehen, um derartige Ereignisse vorherzusagen oder zumindest rechtzeitig erkennen zu können, damit dann möglicherweise geeignete Schutzmaßnahmen getroffen werden können. [...]"

(Weltraumwetter)


"[...] Der Sonnenfleckenzyklus hat eine durchschnittliche Periode von 11,1 Jahren, kann aber im Laufe eines Jahrhunderts zwischen 9 und 14 Jahren liegen.[1] Die Sonne befindet sich seit dem Jahreswechsel 2019/2020 im 25. Sonnenfleckenzyklus.[2][3] Die mittlere monatliche Zahl der Sonnenflecken schwankt von 0 bis 20 im Sonnenfleckenminimum und zwischen 80 und 300 im Maximum. Das bisher höchste bekannte Maximum war 1957/59 mit einem Monatsmittel der Sonnenflecken-Relativzahl von 285.[4] Im Maximum 2013/14 lagen die mittleren monatlichen Fleckenzahlen meist zwischen 80 und 120.[5] Mitte 2016 beobachtete man Tageswerte von Null bis etwa 60 und Monatsmittel unter 40. Damit hat die Aktivität seit Herbst 2015 um knapp die Hälfte abgenommen.

Zum Wechselspiel der Sonnenflecken kommen noch unregelmäßige Plasma- und Strahlungsausbrüche (Flares), Änderungen im Sonnenwind, vereinzelte geomagnetische Stürme und Protonenschauer, und die riesigen Gasfontänen der Protuberanzen.

Obwohl die Sonnenflecken eine um 1000–1600° niedrigere Temperatur als die übrige Sonnenoberfläche (5500 °C) haben, strahlt die Sonne während des Aktivitätsmaximums mit einer geringfügig höheren Leistung als im Sonnenfleckenminimum. Dazu tragen vor allem die Sonnenfackeln (heißere Gebiete mit etwa 7000°) bei. Die Sonnenaktivität ist verantwortlich für Ereignisse des Weltraumwetters und wirkt sich direkt auf Satelliten, aber auch auf technische Einrichtungen auf der Erde aus. [...]" (Sonnenaktivität)

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