Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) verzeichnete während eines starken Sonnensturms im November 2025 einen der eindrucksvollsten „Angriffe“ von Teilchen auf den magnetischen Schutzschild der Erde in den letzten Jahren. Eine Schlüsselrolle spielte die Mission Swarm, eine Konstellation aus drei Satelliten, die der präzisen Vermessung des Erdmagnetfelds gewidmet ist. Neben den üblichen wissenschaftlichen Instrumenten rückten dieses Mal unerwartet Navigationskameras – sogenannte Star Tracker – in den Vordergrund, die statt Sternen einen Ansturm hochenergetischer Protonen aus einer Sonneneruption „erblickten“.

Der Sturm war die Folge der extrem aktiven Sonnenregion NOAA AR 14274, die zwischen dem 11. und 14. November 2025 vier starke Sonneneruptionen und eine gleiche Anzahl koronaler Massenauswürfe (CME) ausstieß, von denen drei auf die Erde gerichtet waren. Die stärkste Eruption, Klasse X5.1, brach am 11. November aus, und der begleitende CME erreichte unseren Planeten am nächsten Tag gegen 18:50 UTC, wobei er einen starken geomagnetischen Sturm auslöste, der den magnetischen Mantel der Erde mehrere Stunden lang erschütterte.

Obwohl diese Episode keine ernsthaften Schäden an der Infrastruktur am Boden verursachte, brachte sie zwei wichtige Lehren: wie schnell die Sonne die Bedingungen in unserer kosmischen Nachbarschaft ändern kann und wie wertvoll Daten von Missionen wie Swarm für das Verständnis und die Vorhersage des Weltraumwetters sind.

Swarm – ein magnetisches Stethoskop für die Erde

Swarm ist eine ESA-Mission, die 2013 im Rahmen des Earth Explorer-Programms gestartet wurde und darauf ausgelegt ist, mit drei identischen Satelliten in polarer Umlaufbahn die Struktur und Veränderungen des Erdmagnetfelds detailliert zu vermessen. Die Satelliten fliegen in Höhen von etwa 450 bis 530 Kilometern und kartieren kontinuierlich den Beitrag des Kerns, des Mantels, der Lithosphäre, der Ozeane und der Ionosphäre zum gesamten magnetischen Signal unseres Planeten.

Jeder Satellit trägt mehrere Schlüsselinstrumente: Vektor- und Skalarmagnetometer zur Messung der Stärke und Richtung des Magnetfelds, elektrische und Plasmasonden, Beschleunigungsmesser sowie Laserreflektoren zur präzisen Bestimmung der Umlaufbahn. Im Hintergrund der Arbeit fast aller dieser Instrumente befinden sich Star Tracker – optische Kameras, die den Himmel fotografieren und durch Vergleich der Position von Sternen mit einem eingebauten Katalog ständig die Orientierung des Satelliten im Raum berechnen.

Diese Navigationssysteme sind für die Öffentlichkeit normalerweise „unsichtbar“, da sie keine direkte wissenschaftliche Rolle haben. Doch genau sie wurden zu den unerwarteten Helden des November 2025, indem sie sich in improvisierte Strahlungsdetektoren verwandelten, die Ingenieure zu nutzen wussten.

November 2025: ein Sturm dreier koronaler Auswürfe

Der Zeitraum um den 11. November 2025 spielte sich zu einem Zeitpunkt ab, als die Sonne bereits in die Phase des solaren Maximums eingetreten war, dem Höhepunkt des 11-jährigen Aktivitätszyklus, in dem starke Eruptionen und koronale Auswürfe häufiger sind. Innerhalb von weniger als 48 Stunden stieß die aktive Region NOAA AR 14274 drei aufeinanderfolgende CMEs in Richtung Erde aus. Die Kombination dieser Auswürfe schuf die Bedingungen für einen starken geomagnetischen Sturm, als der Hauptplasmastoß das Erdmagnetfeld am 12. November traf.

In den Momenten höchster Aktivität verursachte der geomagnetische Sturm erhebliche Schwankungen in der Magnetosphäre und in den oberen Schichten der Atmosphäre. ESA-Modelle und Satellitenmessungen zeigten, dass sich die magnetischen Unregelmäßigkeiten in den frühen Phasen des Sturms im Vergleich zu den üblichen Werten um das bis zu Zehnfache verstärkten, was ein sehr klares Signal dafür ist, dass sich der Verteidigungsschild der Erde unter starkem Druck durch den Sonnenwind und die Stoßfront des CME befindet.

Die unmittelbarste Folge war eine ernsthafte Störung der Funkkommunikation. In Gebieten, die zum Zeitpunkt des Ausbruchs der Eruption von der Sonne beleuchtet waren – vor allem in Europa, Afrika und Asien – wurde ein starker Radio-„Blackout“ auf Kurzwellenfrequenzen verzeichnet, der etwa zwischen 30 Minuten und einer Stunde dauerte. Solche Ereignisse treffen direkt Flugrouten über große Entfernungen, die maritime Kommunikation und Teile militärischer Systeme, die von der Ionosphäre als reflektierende Schicht für Funkwellen abhängen.

Ein weiterer Indikator für die außergewöhnliche Stärke dieses Sturms war ein seltener Ground Level Enhancement (GLE) – ein Anstieg des Flusses hochenergetischer Teilchen, die stark genug sind, dass ein Teil von ihnen tief in die Atmosphäre eindringt und von Detektoren für kosmische Strahlung am Boden aufgezeichnet wird. Die Statistik besagt, dass solche Ereignisse nur ein- oder zweimal jährlich verzeichnet werden und dass dieser November-GLE erst der 77. seit den 1940er Jahren ist, was seine Außergewöhnlichkeit zusätzlich unterstreicht.

Von Sternen zu Protonen: wie Star Tracker zu Strahlungsdetektoren wurden

Während Swarms Magnetometer ordnungsgemäß jedes „Zittern“ des Magnetfelds aufzeichneten, registrierten die Star Tracker während des Sturms etwas ganz anderes: ein Bombardement durch hochenergetische Protonen. Jeder Tracker besteht aus drei zueinander senkrecht angeordneten „Camera Head“-Modulen, deren Sensoren auch empfindlich auf ionisierende Strahlung reagieren. Wenn ein Proton mit ausreichend hoher Energie den Sensor passiert, hinterlässt es einen charakteristischen weißen Punkt auf dem Bild, eine sogenannte Energetic Particle Detection.

Solche „Pünktchen“ sind unter normalen Bedingungen nur eine Störung für Algorithmen, die nach sauberen Sternenmustern für die Navigation suchen. Die Ingenieure von Swarm hatten jedoch zuvor Software entwickelt, die das Zählen dieser Detektionen in Daten über den Protonenfluss über einem bestimmten Ort umwandelt. In einer Umlaufbahn von etwa 500 Kilometern, wo sich der Satellit Swarm Bravo mit der höchsten Flugbahn in der Konstellation befindet, können Star Tracker so kontinuierlich messen, wie oft Protonen mit Energien von mehr als 100 MeV ihre Sensoren passieren.

Während des Sturms im November 2025 wurde gerade auf Basis dieser Daten eine außergewöhnliche Verstärkung des Protonenflusses über den Polargebieten verzeichnet. Da der Magnetschild der Erde vorübergehend „zerknittert“ und beeinträchtigt war, gelang es einem Teil der hochenergetischen Teilchen, die sonst im gegenseitigen „Gewirr“ der magnetischen Linien gefangen bleiben oder vom Magnetfeld weiter weg vom Planeten abgelenkt werden, bis in die Höhen der niedrigen Erdumlaufbahn vorzudringen.

Swarms Star Tracker dienten so erstmals in der operativen Praxis als eine Art Netzwerk zur Protonendetektion in Echtzeit. Die Daten aus diesem Ereignis stellen eine der ersten Demonstrationen des neuen Swarm-Produkts zur Überwachung hochenergetischer Teilchen dar, das seit Kurzem für eine detailliertere Überwachung der Sonnenaktivität aus der Perspektive einer niedrigen Umlaufbahn genutzt wird.

Protonen-Auroras und die „unsichtbare“ Bedrohung für die Weltrauminfrastruktur

Einer der interessantesten visuellen Effekte, die während dieses Sturms beobachtet wurden, waren sogenannte Protonen-Auroras. Im Gegensatz zu „klassischen“ Polarlichtern, die meist durch Elektronen verursacht werden und die dynamische Vorhänge, Bögen und „Wirbel“ aus Licht am Himmel in sehr hohen geografischen Breiten zeichnen, erscheinen Protonen-Auroras als diffuse, gleichmäßige Lichttrübung. In starken Stürmen können sie auf viel niedrigere Breiten herabsteigen als üblich, sodass sie im November 2025 auch in Gebieten verzeichnet wurden, wo die Bewohner selten die Gelegenheit haben, eine Aurora mit eigenen Augen zu sehen.

Physikalisch betrachtet handelt es sich um denselben Prozess: Geladene Teilchen aus dem Sonnenwind, geführt von den Linien des Erdmagnetfelds, treten in die obere Atmosphäre ein und kollidieren mit Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen, regen diese an und veranlassen sie, Licht zu emittieren. Bei Protonen-Auroras spielen Protonen die dominante Rolle, sodass die Energie auf etwas andere Weise und mit einer anderen Verteilung nach Höhe und geografischen Breiten übertragen wird.

Für Menschen am Boden, einschließlich Passagiere in Flugzeugen auf üblichen Flughöhen, stellen solche Ereignisse kein unmittelbares Gesundheitsrisiko dar. Ebenso liegt ein starker GLE wie dieser vom November 2025 immer noch weit unter den Werten, die außerordentliche Maßnahmen für die Bevölkerung erfordern würden. Aber für Satelliten und Astronauten stellen hochenergetische Protonen ein ernstes Problem dar: Sie können Solarzellen beschädigen, die Alterung elektronischer Komponenten beschleunigen, logische Schaltkreise unterbrechen oder vorübergehende „Bit Flips“ im Speicher verursachen.

Deshalb führen Weltraumorganisationen, einschließlich des ESA-Programms für Weltraumwetter, in Zeiten verstärkter Sonnenaktivität eine Reihe von Maßnahmen durch – von der Anpassung der Ausrichtung empfindlicher Instrumente bis zur Verschiebung kritischer Manöver und dem Schutz von Astronauten in besser geschützten Teilen von Raumfahrzeugen. Das Prinzip, das sie anstreben, ist ALARA („as low as reasonably achievable“) – die Strahlenbelastung auf das niedrigste mögliche Niveau zu senken, unter Berücksichtigung realer operativer Einschränkungen.

Südatlantische Anomalie – ein natürliches „Fenster“ für Strahlung

Obwohl der Novembersturm vorübergehend den Protonenfluss an den Polen verstärkte, verzeichnet Swarm schon seit Jahren hochenergetische Teilchen über einem anderen, chronisch problematischen Gebiet: der Südatlantischen Anomalie (South Atlantic Anomaly, SAA). Das ist eine riesige Region über dem südlichen Atlantik und einem Teil Südamerikas, in der das Erdmagnetfeld deutlich schwächer ist als anderswo, sodass der innere Van-Allen-Strahlungsgürtel viel näher zur Planetenoberfläche herabsteigt.

In diesem Gebiet passieren Satelliten in niedriger Umlaufbahn eine „Tasche“ verstärkter Strahlung. Der Grund ist die Geometrie des magnetischen Dipols der Erde, der nicht perfekt zentriert in Bezug auf die Rotationsachse ist. Die Folge ist, dass die Linien des Magnetfelds im Bereich der SAA verdünnter und weniger effektiv beim Abwehren geladener Teilchen sind. Das Ergebnis: ein größerer Fluss von Protonen, der bis zur Höhe typischer Umlaufbahnen von Missionen wie Swarm oder der Internationalen Raumstation vordringt.

Die Daten von Swarm zeigten, dass sich die SAA in den letzten Jahren verändert – sie wächst, verschiebt sich und ändert ihre innere Struktur, was auf eine komplexe Dynamik im Erdkern und Erdmantel hindeutet. Wissenschaftler nutzen diese Informationen, um Modelle des Magnetfelds zu verbessern und besser vorherzusagen, wie sich Gebiete verstärkter Strahlung in Zukunft entwickeln werden. Für Satellitenbetreiber bedeutet dies die Möglichkeit einer präziseren Planung für das Durchfliegen der Anomalie, der Optimierung von Umlaufbahnen und des Schutzes der Elektronik.

Warum dieser Sturm für zukünftige Missionen wichtig ist

Das Novemberereignis 2025 ist ein ideales Beispiel dafür, wie eine Kombination verschiedener Missionen und Instrumente ein komplexes, aber äußerst wertvolles Bild eines Weltraumwetterereignisses liefert. SMOS registrierte beispielsweise einen starken solaren Radioausbruch fast 14 Stunden vor dem Aufprall des CME, Swarm maß magnetische Fluktuationen und den Protonenfluss, während Missionen wie SOHO, Solar Orbiter und BepiColombo die Entwicklung des Sturms im interplanetaren Raum verfolgten.

Gleichzeitig unterstreicht die Analyse solcher Ereignisse die Grenzen von Frühwarnsystemen. Derzeitige Satelliten, die sich in der Nähe des Lagrange-Punkts L1 befinden, geben den Betreibern nur etwa zwanzig Minuten Warnzeit zwischen der Detektion eines ankommenden CME und dessen Aufprall auf das Erdmagnetfeld. Die ESA entwickelt daher eine neue Generation von Missionen zur Überwachung des Weltraumwetters, wie den Satelliten Vigil, der die Sonne von der Seite an der Position L5 beobachten und potenziell gefährliche Auswürfe früher entdecken wird.

Für die Erforschung des Weltraums außerhalb des sicheren Schutzes des Erdmagnetschilds – in Richtung Mond, Mars und weiter – wird das Verständnis des Verhaltens hochenergetischer Protonen und der Wirksamkeit des magnetischen Planetenschutzes zu einer Frage der Sicherheit von Besatzungen und der Haltbarkeit von Ausrüstung. Jedes Ereignis wie der Novembersturm 2025 dient als natürlicher „Stresstest“ unserer Modelle und Technologien.

Für die breite Öffentlichkeit bleiben die sichtbarste Spur des Sturms die spektakulären Polarlichter, die dieses Mal ungewöhnlich weit nach Süden herabstiegen und den Bewohnern Europas, und sogar des Mittelmeerraums, die seltene Gelegenheit boten, mehrere Stunden lang zu beobachten, wie die Sonnenaktivität Lichtvorhänge hoch über dem Horizont zeichnete. Für Wissenschaftler und Ingenieure ist die stille Aufzeichnung in der Telemetrie von Swarm und anderen Missionen wichtiger – Daten, die in den kommenden Jahren bei der Entwicklung präziserer Vorhersagen des Weltraumwetters und robusterer Raumfahrtsysteme helfen werden.

Die Mission Swarm, die vor mehr als einem Jahrzehnt als „magnetisches Stethoskop“ für die Erde konzipiert wurde, zeigte so im November 2025, dass sie auch ein empfindliches Dosimeter für hochenergetische Protonen sein kann. In einer Zeit, in der das solare Maximum die Risiken für Satelliten, Kommunikation und zukünftige menschliche Missionen in den tiefen Weltraum verstärkt, wird jede solche zusätzliche Datenquelle zu einem unschätzbaren Werkzeug für das Verständnis und den Schutz unserer technologischen Gesellschaft.