Solar Orbiter zeichnete eine Sekunde vor dem Aufleuchten auf: wie sich die Sonneneruption der M-Klasse am 30. September 2024 „entwirrte“
Die Aufnahme, die nur eine Sekunde vor einer starken Sonneneruption der M-Klasse entstand, die am 30. September 2024 von der Sonnenoberfläche ausbrach, öffnete ein selten klares Fenster in den Moment, in dem sich angesammelte magnetische Energie in eine Explosion aus Strahlung und beschleunigtem Plasma verwandelt. Die Szene wurde von der Mission Solar Orbiter unter der Leitung der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) festgehalten, und zwar mit einem Detailgrad, der bisher im Weltraum nicht gleichzeitig in Raum und Zeit gewonnen werden konnte. Statt eines „eingefrorenen“ Bildes erhielten die Wissenschaftler eine zeitlich dicht abgetastete Abfolge von Ereignissen, die zeigt, wie die Eruption aus zuvor schwachen Störungen geboren wird und dann in kurzer Zeit zu einer gewaltsamen Energiefreisetzung heranwächst.
Das Video wurde aus Aufnahmen des Instruments Extreme Ultraviolet Imager (EUI) zusammengestellt, die alle zwei Sekunden vor der Eruption aufgenommen wurden. Ein solcher Rhythmus, zusammen mit hoher Auflösung, ermöglichte es, auf der Struktur winzige „Funken“ entlang des Filaments zu erkennen, beziehungsweise Orte magnetischer Rekonnexion – eines Prozesses, bei dem magnetische Feldlinien brechen und sich neu verbinden, wobei eine große Menge an Energie freigesetzt wird. Die Sequenz brachte auch konkrete Zahlen: Geschwindigkeiten des „Entwirrens“ des Filaments in Hunderten von Kilometern pro Sekunde sowie den Moment, in dem sich ein Ende der Struktur ablöst und ins All „hinausschießt“.
Das Filament als verdrehtes magnetisches „Seil“: was vor der Eruption zu sehen ist
Das zentrale Element der Szene ist das dunkle Filament, relativ kühleres und dichteres Plasma, das in der Sonnenkorona entlang magnetischer Linien „hängen“ kann, sodass es im extremen ultravioletten Spektrum dunkler als die Umgebung erscheint. Filamente haben oft die Form langer Bänder oder „Seile“, die Bereiche unterschiedlicher magnetischer Polarität auf der Oberfläche verbinden. Ihr Fortbestand hängt von einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen Schwerkraft, Plasmadruck und magnetischen Kräften ab. Wenn dieses Gleichgewicht gestört wird, kann das Filament eruptieren, und in vielen Fällen ist dies mit dem Auftreten einer Sonneneruption und manchmal mit einem koronalen Massenauswurf in den interplanetaren Raum verbunden.
Beim Ereignis vom 30. September 2024 ist zu sehen, wie sich das Filament über die Oberfläche zu erheben beginnt und sich dann wie ein Seil unter Spannung entwirrt. Ein Ende bleibt mit der Sonne verbunden, während sich das andere allmählich löst und schließlich abtrennt. Die Analyse der Veränderungen durch aufeinanderfolgende Bilder zeigte, dass das „Entwirren“ entlang des Teils, der verbunden blieb, mit einer Geschwindigkeit von etwa 250 Kilometern pro Sekunde stattfand. In Richtung der Stelle, an der sich das Filament ablöste, stiegen die Geschwindigkeiten an und erreichten etwa 400 Kilometer pro Sekunde. Im Moment des Risses wurde ein Teil des Filaments in Richtung Weltraum geschleudert, während der verbleibende Teil an die Sonne gebunden blieb und sich weiter umformte.
Diese Zahlen sind nicht nur beeindruckend; sie sind ein Maßstab dafür, wie schnell die Korona auf eine Änderung der magnetischen Topologie „antworten“ kann. Beschleunigungen von Plasma auf Hunderte von Kilometern pro Sekunde deuten auf eine plötzliche Umverteilung von Energie im Magnetfeld hin. Genau solche Übergänge – von langsamer, fast unmerklicher Bewegung zu einer sehr schnellen Phase – bilden den Kern der Frage, die Wissenschaftler zu lösen versuchen: was genau der Auslöser ist, der ein ruhiges Filament in eine Eruption und ein Aufleuchten verwandelt.
Funken entlang des Filaments und Rekonnexion: wo „überschüssige“ Energie entsteht
Im Bild sind entlang des Filaments zahlreiche winzige, sehr helle Blitze zu sehen, die wie eine Reihe von Funken angeordnet sind. Die fachliche Interpretation verbindet sie mit Orten magnetischer Rekonnexion – Punkten, an denen sich verdrehte magnetische Feldlinien trennen und in einer neuen Anordnung wieder verbinden. Rekonnexion ist einer der grundlegenden Mechanismen der Energiefreisetzung im Plasma: sie ermöglicht, dass magnetische Energie in Wärme, Strahlung und kinetische Energie von Material umgewandelt wird. In der Praxis bedeutet dies, dass sich ein Teil des Plasmas plötzlich auf Millionen von Grad erhitzt, während Teilchen und Material in der Nähe beschleunigt werden und ihre Bewegungsrichtungen ändern.
Was bei dieser Sequenz besonders wichtig ist, ist der Eindruck, dass die Eruption nicht unbedingt mit einem „großen Knall“ beginnt. Stattdessen entwickelt sich das Ereignis aus einer Reihe von anfangs schwachen Störungen, die sich schnell verstärken. Wissenschaftler verglichen dieses Muster mit Lawinen: die Bewegung einer kleinen Menge Schnee kann ein Auslöser sein, aber dann verstärkt sich das System kaskadenartig und wächst zu einem viel größeren Zusammenbruch heran. Auf der Sonne bedeutet dies, dass lokale Änderungen im Magnetfeld, die unter anderen Bedingungen vielleicht ohne Folgen blieben, eine Kettenreaktion von Rekonnexion und Destabilisierung eines größeren Bereichs auslösen können.
Genau deshalb ist die Kombination aus hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung entscheidend. Wenn „winzige“ Ereignisse klar gesehen werden, ist es möglich, Mikroprozesse verlässlicher mit Makrofolgen zu verknüpfen, wie der Ablösung eines Filaments oder der Entwicklung des Lichtmaximums der Eruption. Bei langsameren Instrumenten würden solche Phasen zu einer verschmelzen, sodass Ursache und Wirkung schwerer zu trennen wären. Hier ist jedoch zu sehen, wie sich die „Spannung“ des Systems durch mehrere winzige Risse löst, bevor es zur Hauptfreisetzung kommt.
Plasma-„Regen“ nach der Eruption: das Ereignis endet nicht, wenn sich das Licht beruhigt
Die Sequenz endet nicht mit dem Höhepunkt der Eruption. Im Gegenteil, die hohe Auflösung enthüllt eine Szene, die wissenschaftlich gleichermaßen interessant ist: einen „Himmel“ gefüllt mit Plasmaansammlungen, die nach der Eruption weiter zur Sonne fallen. Es handelt sich um tropfenartige „Blobs“ aus Plasma, die, nachdem sie angehoben und erhitzt wurden, abkühlen und entlang magnetischer Linien zurückkehren. Dies erzeugt einen Effekt ähnlich wie Regen, der in der Literatur oft mit koronalem Regen und thermischen Instabilitäten in der Korona in Verbindung gebracht wird.
Für die Plasmaphysik ist dieses Detail wichtig, da es zeigt, dass die Energieverteilung kein einmaliges Ereignis ist. Nach der Rekonnexion bleibt ein Teil des Plasmas in einem heißen Zustand, ein Teil kondensiert und wird dichter, und ein Teil kehrt in die unteren Schichten der Atmosphäre zurück. Eine solche „Post-Flare“-Dynamik spricht darüber, wie die Korona Wärme und Masse verwaltet und wie lange die Rückkehr in einen ruhigeren Zustand dauern kann. Gleichzeitig erinnert es daran, dass die Folgen einer Eruption nicht nur an der Intensität der Strahlung in der Minute des Höhepunkts gemessen werden, sondern auch an Änderungen in der Struktur und Bewegung von Material, die die Korona weiterhin formen.
Wie das Video entstand: EUI, JHelioviewer und Bearbeitung in Belgien
EUI ist ein Instrument, das entwickelt wurde, um Strukturen in der Sonnenatmosphäre von der Chromosphäre bis zur Korona aufzunehmen, mit Schwerpunkt auf hoher Auflösung und der Möglichkeit schneller Aufnahmen. In diesem Fall wurden Bilder alle zwei Sekunden aufgenommen, was die Erstellung eines Films ermöglichte, in dem feine Änderungen ohne große zeitliche „Löcher“ verfolgt werden können. Die der Öffentlichkeit gezeigte Animation ist der Übersichtlichkeit halber beschleunigt, während die tatsächliche Eruption etwa fünfzehn Minuten dauerte. Aber die entscheidenden Momente der Destabilisierung und des Filamentrisses fanden auf sehr kurzen Skalen statt, genau jenen, auf denen ein kontinuierlicher Einblick normalerweise am schwersten zu erhalten ist.
Die Visualisierung wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern des Königlichen Observatoriums von Belgien erstellt, unter Verwendung von JHelioviewer – einer Software, die das Zusammenfügen und die Analyse von Sonnensequenzen aus verschiedenen Instrumenten und Missionen ermöglicht. Damit entstand neben dem wissenschaftlichen Ergebnis auch ein Beispiel dafür, wie Daten einem breiteren Publikum nähergebracht werden können, ohne Schlüsselinformationen zu verlieren. Das Video zeigte auch, dass erstklassige wissenschaftliche Inhalte in einem Format geteilt werden können, das auch für Nicht-Spezialisten verständlich ist, wobei eine seriöse Interpretation der Hintergrundprozesse beibehalten wird.
M-Klasse-Eruption und mögliche Folgen: Radio-Blackouts und Empfindlichkeit der Polarregion
In der Klassifizierung von Sonneneruptionen (A, B, C, M, X) befindet sich die M-Klasse unterhalb der stärksten X-Eruptionen, kann aber dennoch messbare Auswirkungen auf die Erde haben. Die häufigste unmittelbare Auswirkung sind kurzzeitige Radio-Blackouts, insbesondere in hohen geografischen Breiten, wo Änderungen in der Ionosphäre die Ausbreitung von Radiowellen stärker beeinflussen. Die Weltraumwetter-Skala der NOAA für Radio-Blackouts (R1 bis R5) verbindet solche Effekte mit der Spitzenleistung der Eruption in weichen Röntgenwellenlängen. In der Praxis bedeutet die M-Klasse oft, dass kurze Unterbrechungen oder Verschlechterungen der Kommunikation möglich sind, vor allem in spezifischen Zonen und unter spezifischen Bedingungen.
Es ist jedoch wichtig, eine Eruption von anderen Formen der Sonnenaktivität zu unterscheiden. Das größte Risiko für geomagnetische Stürme, die Herausforderungen für Satelliten und Stromversorgungssysteme schaffen können, geht gewöhnlich von koronalen Massenauswürfen (CME) aus und davon, ob der Auswurf auf die Erde gerichtet ist und welche magnetische Ausrichtung er hat. Eine M-Klasse-Eruption kann fast ohne Folgen bleiben, wenn es keinen erdgerichteten CME gibt oder wenn der Auswurf in eine andere Richtung gelenkt ist. Aber auch dann ist die Botschaft klar: Das magnetische System auf der Sonne war angespannt genug, um ein eruptives Ereignis zu produzieren, was das Interesse an umliegenden aktiven Regionen und ihrer weiteren Entwicklung erhöht.
Kontext 2024: Sonnenmaximum des Zyklus 25 und erhöhte Wahrscheinlichkeit von Eruptionen
Das Ereignis vom 30. September 2024 fügt sich in einen Zeitraum verstärkter Sonnenaktivität ein. NASA und NOAA gaben im Oktober 2024 bekannt, dass die Sonne in den Zeitraum des Sonnenmaximums des Sonnenzyklus 25 eingetreten ist, was eine statistisch höhere Anzahl von Flecken, Eruptionen und Flares bedeutet. Im Zyklusmaximum ist es nicht notwendig, dass alle Ereignisse extrem sind, aber der „Hintergrund“ ist aktiver, und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Eruptionen der M- und X-Klasse ist höher als im Minimum. Für Missionen, die die Sonne beobachten, ist dieser Zeitraum äußerst wertvoll, da in relativ kurzer Zeit eine große Anzahl von Beispielen verschiedener Eruptionen gesammelt und ihre gemeinsamen Merkmale verglichen werden können.
Im praktischen Sinne ist das Sonnenmaximum auch ein Zeitraum erhöhten Bedarfs an operativen Warnungen. Satellitenkommunikation, Navigation und Überwachung der Ionosphäre sind Teil der Infrastruktur geworden, und ein Teil der Flugrouten führt über Gebiete, in denen Funkverbindungen empfindlicher sind. Eine höhere Häufigkeit von Ereignissen bedeutet auch mehr Gelegenheiten, Frühwarnsysteme und Risikobewertungen zu testen. Zugleich ist dies ein Zeitraum, in dem die Öffentlichkeit Folgen in Form verstärkter Polarlichter häufiger bemerkt, obwohl dieselben physikalischen Phänomene, die das „Lichtspektakel“ erzeugen, auch technische Herausforderungen schaffen können.
Warum Solar Orbiter wichtig ist: Nähe zur Sonne und Verbindung von Ursache und Wirkung
Solar Orbiter ist eine internationale Mission von ESA und NASA, die 2020 gestartet wurde und darauf ausgelegt ist, die Sonne aus dem inneren Teil des Sonnensystems zu beobachten. Seine Umlaufbahn bringt ihn allmählich auf etwa 0,28 astronomische Einheiten heran, was einen schärferen Blick auf feine Strukturen in der Korona ermöglicht als aus der Entfernung der Erdumlaufbahn. Zudem erhöht sich mit fortschreitender Mission auch die Neigung der Umlaufbahn, sodass sich bessere Blicke auf hohe heliografische Breiten und Polarregionen öffnen – entscheidend für das Verständnis des globalen Magnetfelds und der Entwicklung von Sonnenzyklen.
Der Vorteil von Solar Orbiter liegt nicht nur in der Nähe, sondern auch in der Kombination der Instrumente. Fernerkundungsinstrumente wie EUI zeigen die „Szene“ in der Sonnenatmosphäre, während In-situ-Instrumente Teilchen, Magnetfelder und Sonnenwind an der Raumsonde selbst messen. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, Sonnenereignisse mit dem zu verknüpfen, was später durch die Heliosphäre reist und, je nach Richtung, die Erde erreichen kann. Eine solche Verknüpfung ist wichtig für die „Verbindungswissenschaft“, also das Verständnis, wie Sonnenaktivität Bedingungen im interplanetaren Raum formt.
Im Falle der Eruption vom 30. September 2024 zeigte EUI, wie wichtig es ist, eine Eruption als Prozess zu beobachten und nicht nur als Moment des Maximums. Die Sekunde vor der Eruption wird zur wissenschaftlichen Information, weil sie suggeriert, dass es messbare Signale der Destabilisierung gibt. Wenn solche Signale in mehr Beispielen erkannt werden, können sie Teil realistischerer Risikobewertungen und früherer Warnungen werden, auch wenn die Weltraumwettervorhersage noch nicht auf dem Präzisionsniveau der Wettervorhersage auf der Erde ist.
Was Wissenschaftler aus solchen „Filmen“ gewinnen: Messungen, Modelle und eine bessere Beschreibung der Auslöser
Der größte Wert einer solchen Sequenz liegt darin, dass sie eine quantitative Analyse ermöglicht. Aus einer Reihe von Bildern können Plasmabewegungsgeschwindigkeiten, Änderungen in der Geometrie magnetischer Strukturen und die Anordnung von Rekonnexionsorten gemessen werden. Dies sind Eingangsdaten für Computermodelle, die zu beschreiben versuchen, wie Instabilitäten entstehen und wie sie sich entwickeln. Wenn Daten spärlich sind, stützen sich Modelle auf Annahmen und Durchschnittswerte; wenn Daten dicht sind, können Modelle direkt überprüft und verbessert werden.
Solche Ergebnisse verschieben auch die Debatte über den „Auslöser“. Wenn sich zeigt, dass bestimmte Arten schwacher Störungen regelmäßig Filamentablösungen oder der Eruptionsentwicklung vorausgehen, ist das ein Schritt hin zu einer früheren Risikoerkennung in aktiven Regionen. Wenn festgestellt wird, dass Rekonnexion oft entlang des Filaments „wandert“, bevor der Hauptriss erfolgt, hilft dies zu verstehen, wie Energie im Raum verteilt wird. Mit anderen Worten, der Film ist nicht nur eine Illustration, sondern ein Labor auf Distanz – ein Experiment, das auf der Sonne stattfindet, aber auf der Erde mit messbaren Parametern analysiert werden kann.
Gleichzeitig erinnert die Geschichte von der Lawine daran, dass das System nichtlinear ist: Eine kleine Ursache kann zu einer großen Folge führen, aber nur, wenn die Bedingungen „reif“ sind. Genau deshalb ist es wichtig, auch „ruhige“ Phasen zu beobachten, und nicht nur große Höhepunkte. Die Sequenz von Solar Orbiter zeigt, dass diese ruhigen Momente voller Informationen stecken, man muss sie nur schnell genug und klar genug aufnehmen.
Die Sonne als Infrastrukturfaktor: warum ständige Überwachung zur Notwendigkeit wird
Weltraumwetter ist kein Nebenthema für Enthusiasten mehr, sondern ein Faktor, der in Risikobewertungen für Kommunikation, Navigation und Satellitensysteme eingeht. Kurze Radio-Blackouts können für spezifische Sektoren ein Problem sein, und Änderungen in der Ionosphäre können die präzise Positionierung beeinflussen. Größere geomagnetische Stürme sind seltener, werden aber in der Infrastrukturplanung ernst genommen, gerade weil sie breitere Folgen haben können. In einem solchen Umfeld wird die Beobachtung der Sonne Teil eines präventiven Ansatzes: Je mehr man über Auslöser und die frühe Phase von Ereignissen weiß, desto realistischer können Schutz- und Reaktionsprotokolle aufgestellt werden.
Die Aufnahme der „Sekunde davor“ der M-Klasse-Eruption vom 30. September 2024 zeigt, wie eine große Eruption aus einer Reihe winziger Änderungen geboren wird, die bis gestern für die meisten Instrumente außer Reichweite waren. In ihr ist zu sehen, dass die Sonnenkorona kein statischer Hintergrund ist, sondern ein dynamisches Feld, in dem sich magnetische Strukturen von Sekunde zu Sekunde neu ordnen, reißen und wieder verbinden. Genau solche Bilder – klar, schnell und messbar – machen den Unterschied zwischen einem faszinierenden Bild und dem Verständnis eines Prozesses, der letztlich auch das Leben auf der Erde beeinflussen kann, obwohl er 150 Millionen Kilometer entfernt stattfindet.
Quellen:- Europäische Weltraumorganisation (ESA) – Video und Beschreibung der Solar Orbiter M-Klasse-Eruption vom 30. September 2024 (Link)- NOAA Space Weather Prediction Center – Erklärung von Sonneneruptionen und Radio-Blackouts (R-Skala) (Link)- NASA Goddard Scientific Visualization Studio – Bekanntmachung von NASA und NOAA zum Sonnenmaximum des Zyklus 25 (15. Oktober 2024) (Link)- SIDC / Königliches Observatorium von Belgien – Einführung und Beschreibung des EUI-Instruments auf Solar Orbiter (Link)- Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung – Überblick über das EUI-Instrument und seine Teleskope (Link)
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Erstellungszeitpunkt: 5 Stunden zuvor