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Süßes, sonst gibt’s Strahlung?!

Die Halloween Sonneneruption 2021

11/30/2021 Flight Safety von Ralph Zander, AG Strahlenschutz

© © Andy Luten, Andy's Travel Blog

Ist es ein Vogel? Ist es ein Flugzeug? Nein, es ist ein koronaler Massenauswurf! Dieses Jahr feierten am 31. Oktober nicht nur Kinder ihre vollen Süßigkeitentöpfe zu Halloween und Protestanten den Reformationstag. Das Internet war voll von den ausgelassen, fröhlichen Bildern der Aurora-Hunter – Fotografen auf Jagd nach Polarlichtern. Wundervoll war es anzusehen, wie die Nordlichter sogar bis weit in südlichere Breitengrade über den nächtlichen Himmel tanzten.

Was tut sich denn da auf der Sonne?

Der Jesuitenpater Christoph Scheiner erkannte in der ersten Hälfte des 17. Jahrhunderts zwei wichtige Fakten: 

1. Galilei lag mit seinem heliozentrischen Weltbild falsch. 

2. Die Sonne hat Flecken.

Wenigstens mit einer der beiden Aussagen lässt sich heute noch etwas anfangen.

Sonnenflecken zeigen eine Zu- und Abnahme in einem grob elfjährigen Zyklus. Momentan befinden wir uns seit Dezember 2019 im Sonnenzyklus Nummer 25. Dieser wird ca. 2025 sein Maximum erreichen. Die Anzahl der Sonnenflecken wird bis dahin weiter zunehmen. Die Flecken entstehen, wenn die Magnetfeldlinien der Sonne sich verwerfen und eine Art Schlinge bilden, die durch die Photosphäre ein- und wieder austritt. Bricht die Magnetfeldschlinge plötzlich zusammen, wird Plasma ins All hinausgeschleudert und es kommt zu einem koronalen Massenauswurf. Wenn dieser in Richtung der Erde stattfindet, wird es interessant für uns. Mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 500-800 Kilometern pro Sekunde schießen hauptsächlich Elektronen und Protonen knapp drei Tage durch das All, bis sie auf unsere irdische Atmosphäre treffen.

Hefte raus, Klassenarbeit, Geschichtsunterricht!

1859: Die Mutter aller Sonnenstürme, das Carrington-Event, induziert in die damals neumodischen Telegrafenleitungen derart viel Strom, dass die Papierstreifen der Empfangsgeräte Feuer fangen. „Nord“-lichter sind noch in Rom und der Karibik zu sehen.

1972: Eine Eruption trifft die Erde, die Telefonleitungen in Illinois und weiteren Orten Nordamerikas quittieren ihren Dienst.

1989: In Kanada werden etliche Transformatoren von einem losgelösten Solar Flare förmlich zusammengebacken. Rund sechs Millionen Menschen sitzen ohne Strom da.

2000: Ein X5-Sonnensturm zerstört elektronische Bauteile einiger Satelliten und sorgt für Störungen im Funkverkehr.

2003: Halloween, wann sonst. Diesmal schlägt eine Sonneneruption auf das Erdmagnetfeld auf, die später in die Kategorie „X45“ klassifiziert wird. Damit ist sie die stärkste bis jetzt beobachtete Eruption seit dem Carrington-Event. Satelliten, GPS und der Funkverkehr sind betroffen, fallen aus oder werden beschädigt. Transformatoren von Südschweden bis Südafrika werden zerstört. Die Besatzung des ISS verschanzt sich in einem besser isolierten Teil der Raumstation. Der Flugverkehr wird angewiesen, in höheren Breiten tiefer zu fliegen. Auf dem Saturn werden Polarlichter registriert. Ein halbes Jahr später kann die Voyager 2 Sonde, die schon weit außerhalb der Umlaufbahn des Neptuns ist, die Eruption registrieren.

Was heißt denn bitte X5 oder X45? 

Mal davon abgesehen, dass es beeindruckend klingt, etwas als „X“ zu bezeichnen (siehe X-Men, Bell X-1 oder X-Ray), handelt es sich hierbei um die Klassifizierung eines Sonnensturms nach der Intensität der Röntgenstrahlung. Die Skala teilt sich in die Klassen von niedrig bis hoch ein und ist, ähnlich der Richter-Skala für Erdbeben, logarithmisch aufgebaut: 

A(1-9), B(1-9), C(1-9), M(1-9) und X(1-…)

Die X-Klasse ist in den Zahlenwerten nach oben offen. An dieser Stelle möchte man sich den X45 Flare noch einmal auf der Zunge und der Atmosphäre zergehen lassen. Bei diesem X45 „Halloween-Storm“ von 2003 stiegen die Sensoren der Messinstrumente übrigens bei X28 aus. Erst später konnte nachgerechnet werden, was die Erde denn nun wirklich getroffen hatte.

Und was hat uns an Halloween 2021 erwischt?

Am 28.10. ereignete sich, vom Sonnenfleck „AR2887“ ausgehend, ein koronaler Massenauswurf. Große Mengen Plasma wurden auf direktem Weg in Richtung Erde geschleudert. Mit ca. vier Millionen Kilometern pro Stunde traf die Plasmawolke am 31.10. auf unser Erdmagnetfeld.

Die Bilder der Polarlichter, wie eingangs erwähnt, begeisterten das Internet und die Aurora-Fans weltweit. So schön das Spektakel auch war, was bedeutet das für uns Flieger und Fliegerinnen? 

Alles Strahlung, oder was?

Der Massenauswurf wurde als ein X1 klassifiziert. Durchaus signifikant, aber verglichen mit 2003 gerade mal der 45. Bruchteil der Stärke.

Wenn nun die geladenen Teilchen auf unser Magnetfeld treffen, geht es in der Atmosphäre los, und wir gehen wieder zurück in den Physik Grundkurs. Fingerknöchel knacken lassen und an die „Dreifinger-Regel“ erinnern: 

Da war was mit Strom, bewegter Leiter, Magnetfeld, Zeigefinger, eins im Sinn, Zunge in die Ecke vom Mund geklemmt… kurzum: Die auftreffenden Ionen werden, bewegte Ladungen im Magnetfeld, abgelenkt und „aktivieren“ quasi das Erdmagnetfeld. Dabei verstärkt sich sogar erst einmal die Schutzschildwirkung. 

In den Polarregionen, wo die Magnetfeldlinien nahezu senkrecht zur Erdoberfläche stehen, haben die Teilchen jedoch die Möglichkeit, so tief vorzudringen, dass sie bereits auf Stickstoff- und Sauerstoffatome unserer Atmosphäre treffen. Diese werden durch die „Zusammenstöße“ kurzzeitig ionisiert, die Elektronen trennen sich von den Atomkernen. Wenn die beiden Bauteile wieder zu Atomen rekombinieren, fluoreszieren sie. Voilà, Polarlichter. 

In 100 Kilometern Höhe herrscht eher grünes Licht von Sauerstoffatomen vor, in 200 Kilometern geht es dann ins Rötliche über. Die Stickstoff-Ionen emittieren dagegen im violett-blauen Bereich und das auch nur, wenn der Einfluss auf die Magnetosphäre energetisch sehr hoch ist.

Müssen wir uns deshalb Sorgen um ein erhöhtes Strahlungsniveau und andere Auswirkungen auf die Fliegerei machen?

Hier gibt‘s diwe bekannte Radio Eriwan Antwort: Im Prinzip, vielleicht nicht unbedingt.

Die Tatsache, dass die Ionosphäre in manchen Bereichen, wie oben erklärt, eine größere Menge an freien Elektronen aufweisen wird, wenn ein Haufen solarer Teilchen hineinrauscht, führt oft dazu, dass der Funkverkehr gestört wird. GPS-Signale können davon natürlich auch betroffen sein. Wenn einige Satelliten zum Schutz der elektronischen Bauteile in eine Art Sleep Mode versetzt werden müssen, hat das natürlich auch entsprechende Auswirkungen.

Was die Höhenstrahlung während der Aurora angeht, werden wir erst einmal durch das Magnetfeld der Erde ziemlich gut geschützt. Ist dieser Schutzschild auch noch angeregt durch den Sonnensturm, sehen wir in der ansonsten immerwährend präsenten kosmischen Hintergrundstrahlung sogar einen kurzzeitigen Abfall, den so genannten Forebush Decrease. Inwieweit sich die auftreffenden Partikel eines akuten SPE (Solar Particle Event) allerdings konkret auf das Strahlungsniveau in Reiseflughöhe auswirken, darüber kann man nur vorsichtige Aussagen treffen. In erster Linie wird dies von der Stärke des Massenauswurfs abhängen. Und wie wir gerade eindrucksvoll beobachten durften, sorgt sogar ein X1 für eine beachtliche Lightshow auf der Erde.

Wer „Good Airmanship“ an den Tag legen will, wird also an einem Tag, an dem man im Licht der Aurora Borealis im Cockpit Zeitung lesen könnte, weder den persönlichen Höhenrekord brechen. Andererseits ist es auch nicht vernünftig zu begründen, so tief zu fliegen, dass man die Furchen im Acker vom Huber Bauern nochmal nachzieht. Nur als Beispiel: 4000 Fuß tiefer (ausgehend von normalen Reiseflughöhen) reduziert sich die Dosisleistung bereits um ungefähr ein Viertel. 

Wir geben als AG Strahlenschutz den Strahlenschutz Newsletter heraus. Manche Mitglieder haben uns in der Vergangenheit gefragt, ob es uns bzw. den Newsletter noch gibt. Ja, gibt es. Aber die Sonne war die letzten Jahre recht ruhig, deshalb hat man auch von uns nichts gehört. Wer jetzt die Stirn runzelt: „Was denn für ein Newsletter?“, der kann sich gerne im Mitgliederbereich der VC-Homepage  anmelden und erhält von uns im Fall der Fälle die besten uns vorliegenden Informationen. Die Sonne befindet sich erst am Anfang des Solar Cycle 25 und es immer gut zu wissen, wo der Barthel den Newsletter holt.

Vielleicht konnten wir mit diesem Artikel ein wenig Klarheit in den Nachthimmel bringen und wünschen Euch immer eine Handbreit Magnetfeld über dem Rumpf.

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Ein koronaler Massenauswurf vom 31. August 2012 / © NASA Goddard Space Flight Center - Flickr