Weltraum-Ampeln werden die Erde vor Sonnenstürmen schützen
Europäische und amerikanische Forscher haben ein Modell zur Vorhersage des Weltraumwetters entwickelt, das in der Lage ist, geomagnetische Ereignisse vorherzusehen, sodass wir Zeit haben, kritische Infrastrukturen wie Satelliten und Stromnetze zu schützen.
Trotz des technischen Fortschritts sind wir immer noch Naturphänomenen ausgeliefert, die unsere Sicherheit gefährden können. Sonnenstürme oder geomagnetische Stürme sind ein gutes Beispiel dafür: Sie sind schwer vorherzusagen und ihre Folgen können unvorhersehbar sein.
Dies ist die Aufgabe des PAGER-Projekts, eines von der Europäischen Union finanzierten Programms, das ein räumliches Ampelsystem zur Vorhersage geomagnetischer Stürme entwickelt hat.
Das internationale Team, dem Forscher aus europäischen und US-amerikanischen Hochschulen und der Industrie angehören, testet derzeit ein innovatives System zur Vorhersage des Weltraumwetters, das die Ankunft von Sonnenstürmen vorhersagen könnte und uns mehr Zeit für den Schutz unserer kritischen Infrastrukturen ließe.
Was sind geomagnetische Stürme?
Ein geomagnetischer Sturm entsteht, wenn eine starke Eruption der Sonne auf unseren Planeten trifft. Der Sonnenwind trägt geladene Energieteilchen mit sich , die das schützende Magnetfeld der Erde stören und den Betrieb von Satelliten und anderen wichtigen Diensten wie dem Stromnetz gefährden können.
Seit 1958, als die erste Weltraumforschung begann, wissen wir, in welchem Ausmaß unsere moderne Lebensweise durch Sonnenphänomene bedroht ist. Wenn die Sonne plötzlich in eine aktivere Phase eintritt, kann sie geomagnetische Stürme auslösen , die Satelliten zerstören und Stromausfälle auf der Erde verursachen können.
Empfindliches Gebiet im Strahlungsgürtel
Die meisten Satelliten befinden sich in den Strahlungsgürteln der Erde, einer Region des Weltraums in etwa 58.000 Kilometern Höhe, in der Teilchen durch das Magnetfeld der Erde eingefangen werden.
Es handelt sich also um empfindliche Korridore, in denen sich die GPS-Satelliten befinden und die bei Stürmen beschädigt werden können. Obwohl moderne Raumfahrzeuge gut geschützt sind, können Teilchen mit höherer Energie die Abschirmung durchdringen und schwere Schäden verursachen.
Unfälle mit Millionenverlusten im Weltraum
Dies sind nicht nur hypothetische Szenarien. Solche geomagnetischen Stürme haben bereits mehrmals Weltraumeinrichtungen betroffen. Im Februar 2022 verlor das amerikanische Unternehmen SpaceX nach einem schweren geomagnetischen Sturm 38 seiner Starlink-Internetsatelliten.
Auch das amerikanische Unternehmen Intelsat verlor im April 2010 aufgrund eines geomagnetischen Sturms die Kontrolle über seinen Satelliten Galaxy 15. Das Gerät driftete ab und bedrohte andere Weltraumobjekte. Das Risiko könnte enorm sein, der Schaden könnte sich auf Millionen Euro belaufen.
Stromausfälle und Versorgungsunterbrechungen auf der Erde
Geomagnetische Stürme stellen auch eine Gefahr für die terrestrische Infrastruktur dar. Elektrische Ströme, die von Sonnenwinden getragen werden, können Kraftwerke überlasten und vorübergehende Stromausfälle verursachen. Genau dies geschah 1989 im kanadischen Quebec, als ein geomagnetischer Sturm einen großflächigen Stromausfall verursachte, der neun Stunden andauerte.
Im Oktober und November 2003 verursachten sehr starke Stürme auch die Unterbrechung zahlreicher Satellitendienste und störten die Kommunikation, die Stromnetze und die GPS-Navigation in vielen Regionen der Erde.
Sowohl in Europa als auch in den Vereinigten Staaten gibt es Weltraumwetterzentren, die vorhersagen können, wann diese Sonnenphänomene die Erde treffen könnten. Aber bis vor kurzem waren diese Berechnungen nicht mit Vorhersagemodellen verbunden, die vorhersagen konnten, wie die Strahlung Satelliten oder die Infrastruktur auf der Erde beeinträchtigen würde.
Algorithmen und Wettervorhersagen
Diese Lücke will das Projekt PAGER schließen. Zwischen 2020 und 2023 entwickeln amerikanische und europäische Forscher einen Algorithmus, der nicht nur Daten von Satelliten in der Erdumlaufbahn, sondern auch von Teleskopen und Satelliten, die die Sonne beobachten, erfasst.
Da es noch einige Tage dauern kann, bis sich die für Satelliten schädliche Strahlung akkumuliert, könnte das System den Experten etwas Zeit geben, Maßnahmen zu ergreifen und sich darauf vorzubereiten, die Auswirkungen der Stürme zu minimieren.
Rote, gelbe und grüne Alarme
Der vom PAGER-Team entwickelte Algorithmus wird nun getestet, um seine Vorhersagefähigkeit und Genauigkeit zu ermitteln. Das Projekt ist einem Ampelsystem sehr ähnlich, wird aber durch Vorhersagen unterstützt.
Bei einer roten Ampel schalten die Betreiber von terrestrischen und satellitengestützten Stromnetzen ihre Geräte in den Sicherheitsmodus. Gelb bedeutet, dass man sich der möglichen Auswirkungen bewusst sein sollte, während Grün bedeutet, dass es keinen Grund gibt, alarmiert zu sein.
Die Vorhersage muss jedoch noch verbessert werden, um die Wahrscheinlichkeit des Eintretens dieser Ereignisse über einen längeren Zeitraum abzuschätzen und den Handlungsspielraum von einigen Tagen auf mehrere Wochen zu erhöhen.
Dies ist jedoch eine Aufgabe, die sich ständig weiterentwickelt und die schon bald von Technologien wie dem maschinellen Lernen und der Integration einer immer größeren Menge von Echtzeitdaten und -messungen profitieren könnte.
Quellenhinweis:
Jonathan O'Callaghan. Space researchers build traffic light system to warn of dangerous solar storms . Horizon EU Research&Innovation Magazine