An der GeoSphere Austria wird Grundlagenforschung zum verbesserten physikalischen Verständnis von Sonnenwind und Sonnenstürmen, deren Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld, die Erdatmosphäre bis hin zur Erdoberfläche betrieben. Dazu werden die Gebiete Weltraumphysik, Meteorologie und Geologie verknüpft, um Phänomene über die Grenzen unterschiedlicher Forschungsfelder hinweg zu verfolgen und besser zu verstehen. Zum Beispiel können Sonnenstürme von der Sonne über den Sonnenwind bis hin zu deren Auswirkung auf das Erdmagnetfeld verfolgt werden. Forschende im In- und Ausland profitieren von unseren Ergebnissen und nutzen die von uns erstellten offen zugänglichen Kataloge über Sonnenstürme sowie open-source Modelle.
Weltraumwetter
Das Weltraumwetter nimmt in unser technologisch hoch entwickelten Welt immer mehr an Bedeutung zu.
Das Weltraumwetter kann nicht nur faszinierende Nordlichter hervorrufen, sondern in extremeren Fällen auch Probleme mit technischen Systemen auslösen und unter anderem globale Navigationssysteme, die Satellitenkommunikation oder die Stromversorgung beeinträchtigen. Ein Super-Sonnensturm könnte sogar zu längerfristigen Ausfällen der technischen Infrastruktur führen.
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Nordlichter, beobachtet in Maria Weinberg (Burgenland) in der Nacht vom 10. auf 11. Mai 2024, nach dem Auftreffen eines starken Sonnensturms auf das Erdmagnetfeld. © GeoSphere Austria/Möstl.
Wenn Sonnenstürme auf die Erde treffen, können sie geomagnetische Stürme auslösen. Dabei handelt es sich um rasche Veränderungen des Erdmagnetfelds, die starke Ströme in langen und leitenden Infrastrukturen wie Stromleitungen und Eisenbahnschienen erzeugen. Dadurch können zum Beispiel Stromleitungen beschädigt werden, was wiederum zu Stromausfällen führen kann. In unserer technologisch hoch entwickelten Welt sind wir für vieles auf Strom angewiesen, und ohne Strom kommt es schnell zu schwerwiegenden Problemen.
Sonnenstürme wurden daher 2023 in die österreichische Nationale Risiko-Analyse aufgenommen, mit dem Ziel, die Verwundbarkeit durch Sonnenstürme zu minimieren. Den negativen Auswirkungen von Sonnenstürmen können mithilfe besserer Vorhersagen der Ankunftszeit und Stärke von geomagnetischen Stürmen entgegengewirkt werden. Diese Vorhersagen sind allerdings nach aktuellem Stand deutlich unpräziser im Vergleich zur terrestrischen Wettervorhersage. Um Sonnenstürme und ihre Auswirkungen besser zu verstehen und die Vorhersage zu verbessern, wird an der GeoSphere Austria im Austrian Space Weather Office zu diesem Thema geforscht.
Austrian Space Weather Office
In Mitteleuropa ist das Austrian Space Weather Office eine einzigartige Forschungseinheit, welche Grundlagenforschung in Heliophysik (Physik der Sonne und ihrer Auswirkungen auf das Sonnensystem) mit der Anwendung im Bereich Weltraumwettervorhersage verbindet. Mit dem Conrad Observatorium, das präzise lokale Daten zum Erdmagnetfeld liefert, und einem Messnetzwerk für geomagnetisch induzierte Ströme durch den österreichischen Stromnetzbetreiber APG gibt es an der GeoSphere Austria eine international hoch innovative Infrastruktur, um Sonnenstürme und deren Auswirkungen von der Sonne bis zum Erdboden durchgehend verfolgen und damit besser verstehen und vorhersagen zu können.
An der GeoSphere Austria werden mit frei verfügbaren Daten von Raumsonden der Europäischen und US-amerikanischen Weltraumorganisationen ESA und NASA Modelle und Simulationen von Sonnenwind, Sonnenstürmen und Nordlichtern erstellt. Diese Modelle und Simulationen sind vor allem auf kurze Rechenzeiten ausgelegt, damit sie in Echtzeit für Vorhersagen eingesetzt werden können. Zudem werden auswirkungsbasierte Studien und Modelle mit Daten kritischer Infrastrukturen (Höchstspannungsnetz) erstellt und verfügbar gemacht (siehe Infobox).
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Illustration verschiedener Raumsonden, deren Daten im Bereich Weltraumwetter für Grundlagenforschung oder auch Echtzeit-Vorhersagen herangezogen werden. Auch zukünftige Missionen wie ESA Vigil (Start im Jahr 2031) und weitere Konzepte sind eingezeichnet.
Zeitreihe eines koronalen Massenauswurfs (CME), der von unserem Machine-Learning Algorithmus in Bilddaten der STEREO Raumsonde erkannt wurde. Richtig positive Ergebnisse, bei denen der Algorithmus einen CME korrekt identifiziert hat, in Cyan, falsch-negative (nicht erkannte CMEs) in orange und falsch-positive (falsch erkannte CMEs) in lila. © GeoSphere Austria/Bauer.
Darstellung des Raums zwischen Sonne (im Mittelpunkt) und Erde mit magnetischen Feldlinien (farbige Linien) eines Sonnensturms mit unserem 3DCORE Modell. Das Modell rekonstruiert magnetische Flussröhren in Sonnenstürmen und modelliert ihre Ausbreitung, Form und Magnetfelder. Die Simulationen ermöglichen ein besseres Verständnis der Dynamik von Sonnenstürmen. © GeoSphere Austria/Rüdisser.
Sonnenstürme sind Plasma-Wolken, die von Magnetfeldern durchzogen sind. Die Stärke dieser Magnetfelder nimmt stark mit der Entfernung zur Sonne ab. Die Abbildung zeigt die mittlere Magnetfeld-Stärke von 1.700 Sonnenstürmen, die von 11 Raumsonden zwischen der Sonne und Jupiter gemessen wurden. © GeoSphere Austria/Möstl.
Aufnahme eines starken Strahlungsausbruches auf der Sonne am 9. Oktober 2024 von der Raumsonde Solar Dynamics Observatory der NASA. Sogenannte Flares treten oft in Verbindung mit Ausbrüchen von Sonnenstürmen auf. Mit freundlicher Genehmigung von NASA/SDO und den Wissenschaftsteams von AIA, EVE und HMI.
Ein Sonnensturm am 9. Oktober 2024, aufgenommen von den Raumsonden SDO der NASA und SOHO der ESA. Der Sturm, der auf die Erde gerichtet ist, ist ringförmig um die Sonne sichtbar. Der Komet Tsuchinshan-ATLAS ist ebenfalls zu sehen.