Das Magnetfeld der Sonne wird sich bald umkehren

 (space.com)
2 Punkte von GN⁺ 2024-06-15 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Die Umkehr der Magnetfeldpolarität der Sonne ist ein Ereignis, das in dem etwa 11-jährigen Sonnenzyklus die Mitte des Maximums markiert; danach beginnt sich die Aktivität in Richtung Minimum zu bewegen
  • Das aktuelle Sonnenmaximum wird derzeit zwischen Ende 2024 und Anfang 2026 erwartet; in dieser Phase wird das Magnetfeld der Sonne so komplex, dass die Unterscheidung zwischen Nord- und Südpol verschwimmt
  • Die Umkehr schreitet voran, wenn sich die Magnetfelder von Sonnenflecken und aktiven Regionen zu den Polen verlagern, doch warum dies zu einem vollständigen Polaritätswechsel führt, ist noch nicht vollständig erklärt
  • Die Magnetfeldumkehr geschieht nicht augenblicklich, sondern dauert gewöhnlich 1 bis 2 Jahre; beim Nordpol-Magnetfeld des Sonnenzyklus 24 waren es fast 5 Jahre
  • Diese Veränderung ist kein apokalyptisches Ereignis; sie kann zusammen mit starkem Weltraumwetter auftreten, ist aber nicht dessen direkte Ursache und kann bei der Abschirmung gegen galaktische kosmische Strahlung helfen

Die Rolle der Magnetfeldumkehr im Sonnenzyklus

  • Die Sonne steht kurz vor einem wichtigen Wendepunkt: der Magnetfeldumkehr
  • Diese Umkehr ist eine bedeutende Phase im rund 11-jährigen Sonnenzyklus
    • Der Polaritätswechsel zeigt an, dass die Sonne die Mitte des Sonnenmaximums erreicht hat
    • Danach beginnt der Übergang der Sonnenaktivität in Richtung Sonnenminimum
  • Das Magnetfeld der Sonne kehrte sich zuletzt Ende 2013 um
  • Nach aktuellen Vorhersagen wird das Sonnenmaximum zwischen Ende 2024 und Anfang 2026 eintreten

Der 11-jährige Sonnenzyklus und der 22-jährige Hale-Zyklus

  • Der etwa 11-jährige Zyklus der Sonnenaktivität wird vom Magnetfeld der Sonne bestimmt und anhand von Häufigkeit und Intensität von Sonnenflecken gemessen
  • Daneben gibt es den längeren magnetischen Zyklus von etwa 22 Jahren, den Hale-Zyklus
    • In diesem Zeitraum kehrt sich das Magnetfeld der Sonne einmal um und kehrt dann in seinen ursprünglichen Zustand zurück
  • Während des Sonnenminimums ähnelt das Magnetfeld einem Dipol mit einem Nord- und einem Südpol, ähnlich wie bei der Erde
  • Je näher das Maximum rückt, desto komplexer wird das Magnetfeld, ohne klare Trennung zwischen Nord- und Südpol
  • Wenn das Maximum vorüber ist und das Minimum erreicht wird, kehrt die Sonne wieder in einen Dipolzustand zurück, jedoch mit umgekehrter Polarität

Die Richtung dieser Umkehr

  • Der bevorstehende Polaritätswechsel bedeutet, dass sich auf der Nordhalbkugel das nach Norden gerichtete Magnetfeld in ein nach Süden gerichtetes umwandelt und auf der Südhalbkugel umgekehrt
  • Nach dieser Veränderung ähnelt die magnetische Ausrichtung der Sonne derjenigen der Erde
    • Auch die Erde besitzt auf der Nordhalbkugel ein nach Süden gerichtetes Magnetfeld

Wie Sonnenflecken und aktive Regionen die Umkehr antreiben

  • Die Umkehr wird durch Sonnenflecken angetrieben, komplexe magnetisch aktive Regionen auf der Sonnenoberfläche
  • Sonnenflecken können große Sonnenereignisse wie Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe (CME) auslösen
  • Sonnenflecken, die nahe am Sonnenäquator erscheinen, stimmen mit der Richtung des bestehenden Magnetfelds überein
  • Sonnenflecken, die näher an den Polen entstehen, stimmen mit der neu eintreffenden Magnetfeldrichtung überein
    • Diese Regel ist als Hales Gesetz bekannt
  • Magnetfelder aus aktiven Regionen wandern zu den Polen und lösen schließlich die Umkehr aus

Ein noch ungelöster Mechanismus

  • Der genaue Grund für die Polaritätsumkehr ist noch unbekannt
  • Der Sonnenphysiker Phil Scherrer von der Stanford University meint, dass es noch kein selbstkonsistentes mathematisches Modell gibt, das den gesamten Sonnenzyklus erklärt
  • Die Schlüsselfrage hängt damit zusammen, woher das Magnetfeld kommt
    • ob viele Sonnenflecken entstehen
    • ob Sonnenflecken zum Magnetfeld der Pole beitragen
    • ob sich die Effekte von Sonnenflecken lokal gegenseitig aufheben
  • Auch Todd Hoeksema meint, dass man diese Frage bislang noch nicht beantworten kann

Die Umkehr ist kein Moment, sondern ein langer Übergang

  • Für die Umkehr des Magnetfelds der Sonne gibt es keinen einzelnen „Moment“
  • Der Übergang ist eine allmähliche Veränderung über den gesamten 11-jährigen Sonnenzyklus hinweg
    • vom Dipolzustand zu einem komplexen Magnetfeldzustand
    • und anschließend zurück zu einem umgekehrten Dipolzustand
  • Eine vollständige Umkehr dauert normalerweise 1 bis 2 Jahre
  • Die Dauer kann jedoch stark variieren
    • Laut dem National Solar Observatory brauchte das Nordpol-Magnetfeld im Sonnenzyklus 24, der im Dezember 2019 endete, fast 5 Jahre für die Umkehr
  • Da die Veränderung sehr allmählich verläuft, ist der Moment der Umkehr von der Erde aus kaum direkt wahrnehmbar
  • Dieses Phänomen ist kein Zeichen des Weltuntergangs

Auswirkungen auf die Erde und das Weltraumwetter

  • In letzter Zeit war die Sonne sehr aktiv und hat mehrfach starke Sonneneruptionen und CME ausgestoßen
  • Diese Aktivität verursachte auf der Erde heftige geomagnetische Stürme und führte zu beeindruckenden Polarlichtern
  • Die höhere Intensität des Weltraumwetters ist jedoch nicht die direkte Ursache der Magnetfeldumkehr
    • Beide Phänomene treten jedoch häufig gleichzeitig auf
  • Das Weltraumwetter ist gewöhnlich während des Sonnenmaximums am stärksten
    • Dann befindet sich auch das Magnetfeld der Sonne in seinem komplexesten Zustand

Abschirmung gegen galaktische kosmische Strahlung

  • Die Magnetfeldveränderung hat auch einen kleinen, insgesamt eher nützlichen Nebeneffekt
  • Sie kann dazu beitragen, die Erde besser gegen galaktische kosmische Strahlung abzuschirmen
    • Galaktische kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen subatomaren Teilchen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen
    • Diese Strahlung kann Raumfahrzeuge beschädigen und Astronauten in Umlaufbahnen außerhalb des Schutzes der Erdatmosphäre gefährden
  • Wenn sich das Magnetfeld der Sonne verändert, wird das Stromblatt, das sich vom Sonnenäquator aus Milliarden Meilen nach außen erstreckt, stark gewellt
  • Dieses verbogene Stromblatt wirkt als bessere Barriere gegen galaktische kosmische Strahlung

Prognose für die Stärke des nächsten Sonnenzyklus

  • Wissenschaftler werden beobachten, wie lange die Magnetfeldumkehr der Sonne dauert und wie schnell sich die Dipolstruktur wiederherstellt
  • Wenn das Magnetfeld in den kommenden Jahren in den Dipolzustand zurückkehrt, dürfte der nächste 11-jährige Zyklus vergleichsweise aktiv sein
  • Verläuft die Erholung langsam, dürfte der nächste Zyklus – ähnlich wie der vorherige Sonnenzyklus 24 – vergleichsweise schwach ausfallen

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-06-15
Meinungen auf Hacker News
  • Interessanterweise passiert dieses Phänomen alle 11 Jahre, und es gibt auch einen längeren Zyklus, den Hale cycle, der mit 22 Jahren doppelt so lang ist
    Das Magnetfeld der Sonne wechselt von einem Dipolzustand, dessen Pole grob mit denen der Erde ausgerichtet sind, zu einer entgegengesetzten und deutlich unregelmäßigeren Ausrichtung des Magnetfelds
    Ich habe wenig darüber gesehen, welche direkten Auswirkungen das auf die Erde hat; was ich bisher wusste, war im Wesentlichen, dass Sonnenflecken gelegentlich koronale Massenauswürfe in Richtung Erde erzeugen. Auch in letzter Zeit scheint es dadurch einige Ereignisse gegeben zu haben, aber nichts allzu Schwerwiegendes
    • Hängt das mit dem 11-jährigen Sonnenfleckenzyklus zusammen, oder ist das nur Zufall?
    • Nach meinem Verständnis ist der Hale cycle eine 360°-Umkehr, die aus zwei 180°-Umkehrungen besteht
      Das heißt, der 11-Jahres-Zyklus geht im Wesentlichen von einem Dipolzustand in einen unregelmäßigen Zustand und wieder zurück in einen Dipolzustand, nur zeigt der magnetische Nordpol diesmal in die entgegengesetzte Richtung. Im nächsten 11-Jahres-Zyklus zeigt der magnetische Nordpol wieder in die ursprüngliche „obere“ Richtung
    • Es beeinflusst vor allem die Wolkenbildung
      https://home.web.cern.ch/news/news/physics/cloud-discovers-n...
  • Es gibt einen weniger diskutierten, aber interessanteren langfristigen Trend: Die letzten paar Sonnenzyklen waren insgesamt schwächer. Selbst zum Maximum gab es weniger Aktivität und weniger Sonnenflecken
    http://solen.info/solar/images/comparison_recent_cycles.png
    Schade, dass dieses Diagramm nicht weiter in die Vergangenheit reicht; dann könnte man sehen, ob es einen größeren Zyklus gibt. Auf den ersten Blick scheint sich der aktuelle Zyklus gegenüber dem vorherigen leicht erholt zu haben
    • Ich erinnere mich, vor ein paar Jahren Artikel gelesen zu haben, wonach die Sonne in einen Zyklus eines Grand Solar Minimum eintrete, ähnlich dem Maunder-Minimum, mit möglichen Folgen wie globaler Abkühlung
      Ich weiß nicht genau, ob es seitdem weitere Forschung oder Spekulationen dazu gab
    • Auf derselben Website gibt es ein Diagramm mit allen beobachteten Zyklen
      http://www.solen.info/solar/cycles1_to_present.html
  • Ausgehend von einem früheren HN-Thread dachte ich, vor einem Monat wäre ein Ereignis in der Größenordnung des Carrington event fällig gewesen (https://news.ycombinator.com/item?id=40321821)
    Könnte dieses astronomische Magnetphänomen ebenfalls eine Bedrohung für die technische Zivilisation darstellen, wie wir sie kennen?
    • Könnte sein. Das Carrington event war 2- bis 4-mal stärker als das Ereignis im letzten Monat; andererseits wirken heutige Stromsysteme deutlich widerstandsfähiger als früher
  • Auch nach dem Lesen des Originalartikels ist mir nicht ganz klar: Bedeutet das, dass sich die Sonne jetzt im solar maximum befindet? Und heißt das auch, dass Polarlichter häufiger und stärker auftreten könnten?
  • Das passiert nicht an einem einzigen Tag, sondern läuft schrittweise über 5 Jahre ab
    • Aber so formuliert bringt es eben nicht so viele Klicks …
  • „Eine Nebenwirkung der Magnetfeldänderung ist klein, aber überwiegend vorteilhaft. Sie kann dabei helfen, die Erde vor galaktischer kosmischer Strahlung zu schützen. Galaktische kosmische Strahlung besteht aus hochenergetischen subatomaren Teilchen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, Raumfahrzeuge beschädigen und Astronauten im Orbit außerhalb der schützenden Erdatmosphäre schaden können.“
    Diese Aussage war nach Werbung und Ballast drei Sätze vor dem Ende des Artikels vergraben. Für ungeduldige Leser ist das eine harte Struktur
    • Warum ist das so? Weil die Pole der Sonne mit den Polen der Erde ausgerichtet sind und dadurch das Erdmagnetfeld ergänzen?
      Die magnetischen Pole scheinen sich kontinuierlich zu drehen [1], manchmal mit den Rotationsachsenpolen ausgerichtet zu sein und manchmal nicht; das „Umkehr“-Ereignis wirkt eher wie eine binäre Klassifizierung für einen langsamen, glatten Durchgang über den Äquator
      Etwas peinlich, aber früher dachte ich, das sei ein stufenartiges Phänomen, bei dem sich die Änderungsrate ziemlich abrupt verschiebt
      [1] https://www.stce.be/news/211/welcome.html
    • Das ist allerdings eine interessante Frage. Könnte es mit den vielen UV-Warnungen zusammenhängen, die es in letzter Zeit in meiner Region der USA gab?
  • Ich erinnere mich, vor ein paar Jahren ein bahnbrechendes Whitepaper gelesen zu haben, vermutlich von einem russischen Wissenschaftler. Es argumentierte ziemlich überzeugend, dass zwei Zyklen am Werk seien: einer tief im Inneren der Sonne und einer in flacheren Schichten
    Die Idee war, dass sich die Extremwerte der Sonnenaktivität erklären lassen, wenn beide Zyklen zugleich ihr Maximum oder beide zugleich ihr Minimum erreichen
    • Das dürfte Gnevishev, M. N.; Ohl, A. I. (1948), „On the 22-year cycle of solar activity“, gewesen sein. Es erschien erstmals vor 76 Jahren in der russischen Zeitschrift Astronomicheskii Zhurnal
  • Wir wissen wirklich sehr viel und zugleich viel zu wenig. Im Artikel heißt es ja auch, dass es mathematisch kein Modell gibt; daher ist es schwer zu sagen, dass Forschende und die akademische Welt dieses Phänomen wirklich verstehen
    Bei Klimawandel und den damit verbundenen Herausforderungen ist es ähnlich, und auch in mehreren vergleichbaren Bereichen sind die Modelle unvollständig oder es fehlen sogar große Datenstücke, die für ein echtes Verständnis bestimmter Prozesse nötig wären
    • In der Physik ist das normal. Man kann ein Thema sehr intensiv untersucht haben, Theorien entwickelt und Modelle gebaut haben, die künftiges Verhalten sehr präzise vorhersagen, und trotzdem kann der grundlegende Mechanismus unbestätigt bleiben, weil man nicht stark oder präzise genug daran „stochern“ kann
  • Also … wie groß ist die Reichweite, und wie moduliert man das?
    • Die Reichweite wäre enorm, aber die Stadt hat ziemlich heftig gegen meinen Plan protestiert, auf meinem Grundstück eine 11 Lichtjahre lange Dipolantenne zu errichten
      Es ist heutzutage wirklich hart, Funkamateur zu sein …
    • Bringt einen zum Nachdenken. Andere Sterne machen so etwas wahrscheinlich auch. Könnte man magnetische Polarität über interstellare Distanzen hinweg nachweisen? Könnte man auf diese Weise eine neue Art von Astronomie an Sternen betreiben?
      Könnte der Zyklus der Magnetfeldumkehr etwas über diesen Stern verraten, das auf anderem Wege schwer herauszufinden wäre?
  • Faszinierend, wie die Gesetze der Physik einfache Eigenschaften in gigantischem Maßstab replizieren
    • Dann frage ich mich auch, warum es Menschen so schwerfällt, Auswirkungen von Polwanderungen auf das Klima zu akzeptieren