Der Sonnenwind

Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen (ein Plasma), der von der Sonne ausgestoßen wird. Dieser Strom variiert ständig hinsichtlich Geschwindigkeit, Dichte und Temperatur. Die größten Unterschiede dieser drei Parameter treten auf, wenn der Sonnenwind aus einem koronalen Loch oder als koronaler Massenauswurf entweicht. Ein Strom, der aus einem koronalen Loch entweicht, ist ein gleichmäßiger, schneller Sonnenwind. Ein koronaler Massenauswurf ähnelt hingegen eher einer riesigen, sich schnell bewegenden Wolke aus Sonnenplasma. Wenn diese Sonnenwindstrukturen die Erde erreichen, treffen sie auf das Magnetfeld der Erde, wo die Sonnenwindteilchen in der Nähe des magnetischen Nord- und Südpols unseres Planeten in unsere Atmosphäre eindringen können. Dort kollidieren die Sonnenwindteilchen mit den Atomen unsere Atmosphäre, wie z. B. Stickstoff- und Sauerstoffatomen, was ihnen wiederum Energie verleiht, die sie langsam als Licht abgeben.Schematische Darstellung des Sonnenwinds, wie er von der Sonne kommt und auf die Magnetosphäre der Erde trifft. Dieses Bild ist nicht maßstabsgetreu.
Bild: Schematische Darstellung des Sonnenwinds, wie er von der Sonne kommt und auf die Magnetosphäre der Erde trifft. Dieses Bild ist nicht maßstabsgetreu.

Die Geschwindigkeit des Sonnenwindes

Die Geschwindigkeit des Sonnenwindes ist ein wichtiger Faktor. Partikel mit einer höheren Geschwindigkeit treffen härter auf die Magnetosphäre der Erde und verursachen eher geomagnetische Störungen, da sie die Magnetosphäre komprimieren. Die Geschwindigkeit des Sonnenwinds in der Nähe der Erde liegt normalerweise bei etwa 300 km/s, erhöht sich aber, wenn ein koronaler Hochgeschwindigkeitsstrom (CH HSS) oder ein koronaler Massenauswurf (CME) eintrifft. Bei einem Einschlag eines koronalen Massenauswurfs kann die Sonnenwindgeschwindigkeit plötzlich auf 500 oder sogar über 1000 km/s ansteigen. Für die unteren mittleren Breiten ist eine höhere Geschwindigkeit erforderlich, und Werte von über 700 km/sec sind wünschenswert. Dies ist jedoch keine goldene Regel. Starke geomagnetische Stürme können auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten auftreten, wenn die Werte des interplanetaren Magnetfelds für verstärkte geomagnetische Bedingungen günstig sind. Auf den Datenplots kann man leicht erkennen, wann ein koronaler Massenauswurf eingetroffen ist: Die Geschwindigkeit des Sonnenwindes nimmt mitunter um mehrere 100 km/sec zu. Es dauert dann etwa 15 bis 45 Minuten (je nach Sonnenwindgeschwindigkeit beim Einschlag), bis die Schockwelle die Erde passiert und die Magnetometer zu reagieren beginnen.

Das Eintreffen eines koronalen Massenauswurfs im Jahr 2013, der Geschwindigkeitsunterschied ist offensichtlich.
Bild: Das Eintreffen eines koronalen Massenauswurfs im Jahr 2013, der Geschwindigkeitsunterschied ist offensichtlich.

Die Dichte des Sonnenwinds

Dieser Parameter zeigt uns, wie dicht der Sonnenwind ist. Je mehr Teilchen der Sonnenwind enthält, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit fürPolarlicht, da mehr Teilchen mit der Magnetosphäre der Erde zusammenstoßen. Die in den Diagrammen auf unserer Website verwendete Skala ist Partikel pro Kubikzentimeter oder p/cm³. Ein Wert von über 20 p/cm³ ist ein guter Ausgangspunkt für einen starken geomagnetischen Sturm, aber er ist keine Garantie dafür, dass wir ein Polarlicht zu sehen bekommen, da die Sonnenwindgeschwindigkeit und die Parameter des interplanetaren Magnetfelds ebenfalls günstig sein müssen.

Messung des Sonnenwinds

Die Echtzeitdaten zum Sonnenwind und zum interplanetaren Magnetfeld, die Sie auf dieser Website finden, stammen vom Satelliten Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), der in einer Umlaufbahn um den Sonne-Erde-Lagrange-Punkt 1 stationiert ist. Dies ist ein Punkt im Weltraum der sich immer zwischen Sonne und Erde befindet, wo die Schwerkraft von Sonne und Erde die gleiche Anziehungskraft auf Satelliten hat, was bedeutet, dass sie in einer stabilen Umlaufbahn um diesen Punkt bleiben können. Dieser Punkt ist ideal für Sonnenmissionen wie DSCOVR, da DSCOVR die Möglichkeit gibt, die Parameter des Sonnenwinds und des interplanetaren Magnetfelds zu messen, bevor er die Erde erreicht. Dies gibt uns eine Vorwarnzeit von 15 bis 60 Minuten (je nach Sonnenwindgeschwindigkeit), welche Art von Sonnenwindstrukturen auf dem Weg zur Erde sind.

Die Position eines Satelliten am Punkt Sonne-Erde L1.
Bild: Die Position eines Satelliten am Punkt Sonne-Erde L1.

Es gibt noch einen weiteren Satelliten am L1-Punkt zwischen Sonne und Erde, der Sonnenwind- und interplanetare Magnetfelddaten misst: der Advanced Composition Explorer. Dieser Satellit war die primäre Datenquelle bis Juli 2016, bis das Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) voll einsatzfähig war. Der Satellit Advanced Composition Explorer (ACE) sammelt weiterhin Daten und dient nun als Backup für DSCOVR.

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