Sonnenstürme legen Technik und Kommunikation lahm – nun soll es ein Frühwarnsystem geben

Gewaltige Eruptionen auf der Sonne können unsere Kommunikationssysteme ausschalten. Ein Schweizer Forscher arbeitet an einem möglichen Frühwarnsystem.

Lorenz A. Meyer
Drucken
Teilen
Bei so genannten Flares werden von der Sonne aus Millionen Tonnen heisses Plasma in den Weltraum geschleudert.

Bei so genannten Flares werden von der Sonne aus Millionen Tonnen heisses Plasma in den Weltraum geschleudert.

Bild: Getty

Am 4. November 2015 fielen die Radarsysteme der schwedischen Flughäfen aus. Der Luftraum wurde gesperrt, kein Flugzeug durfte mehr fliegen. Die Ursache war ein sogenannter Flare, eine gewaltige Eruption auf der Sonne, bei der Millionen oder gar Milliarden Tonnen heisses Plasma in den Weltraum geschleudert wurden.

Solche Explosionen setzten unglaubliche Mengen Energie frei, wie beim gleichzeitigen Zünden von einer Milliarde Wasserstoffbomben. Genug Energie, um unsere Technikinfrastruktur kräftig durcheinanderzubringen, trotz der 150 Millionen Kilometer Abstand zwischen Sonne und Erde.

So waren auch in Kanada im März 1989 wegen einer Sonneneruption Millionen Menschen einen halben Tag lang ohne Elektrizität. Ein elektromagnetischer Sonnensturm hatte Stromtransformatoren zerstört und die Provinz Quebec dadurch vollständig lahmgelegt. Der wirtschaftliche Schaden dieses Blackouts betrug Hunderte Millionen Dollar.

Auch bei Forschungssatelliten verursachten Flares in der Vergangenheit häufiger Störungen. Kommerzielle Satelliten, über die ja immerhin unsere ganze Kommunikation läuft, kann es genauso treffen.

Mega-Kurzschluss auf der Erde

André Csillaghy, Leiter des Instituts für Datenwissenschaften der Fachhochschule Nordwestschweiz, will dafür sorgen, dass Flares keinen Schaden mehr anrichten. Der Schweizer Informatiker baut im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts Flarecast einen Vorhersagedienst auf.

Was Flares auf der Erde anrichten, vergleicht Csillaghy mit einem Mega-Kurzschluss. «Stellen wir uns eine Stromleitung vor, die über eine sehr lange Distanz läuft. Nun kommt ein Sonnensturm aus dem Weltall heran und tritt mit allem auf der Erde, was elektromagnetisch ist, in eine Wechselwirkung. Das kann den Stromfluss in der Leitung gehörig stören.

Und sogar dazu führen, dass der Strom in die falsche Richtung fliesst. Er wurde in die Leitung geschickt - und plötzlich kommt er wieder zurück!»Beim Projekt Flarecast arbeiten acht Institute aus Österreich, Irland, Grossbritannien, Griechenland, Frankreich, Italien und der Schweiz zusammen. Das Einzigartige daran: Hier wird künstliche Intelligenz eingesetzt. Maschinen sollen bestimmte Muster in Daten erkennen.

Die Vorhersage teilt sich bei Flarecast in zwei Phasen. In Phase eins werden aus Sonnenbildern, sogenannten Magnetogramme so viele Merkmale wie möglich herausgefischt. Im Moment lassen sich etwa 75 Merkmale extrahieren. Diese dienen dann als Datenfutter für die Machine-Learning-Algorithmen in Phase zwei.

«Wir haben viele verschiedene Algorithmen verglichen, um zu sehen, welche am besten funktionieren», sagt Csillaghy. Ein Typ Algorithmus lernt zum Beispiel aus historischen Daten. Er erkennt, welche Ereignisse auf der Sonne in der Vergangenheit tatsächlich zu Eruptionen führten und welche nicht.

Es gibt aber auch Algorithmen, die in den Daten nach Mustern und Gemeinsamkeiten suchen, ohne zu wissen, ob die Daten eine Eruption anzeigen. Dieses permanente Training mit Datensätzen führt mit der Zeit zu immer genaueren Vorhersagen. Ein Algorithmus, der besonders gut funktioniert, hört auf den schönen Namen Random Forest, Zufallswald.

Die Flare-Vorhersagen sind Teil eines grösseren Projekts der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Es heisst «Space Situational Awareness», auf deutsch so viel wie «Weltraumsituationsbewusstsein». Das bedeutet, Überwachungssysteme beobachten alles, was im Weltall passiert, das aktuelle Weltraumwetter ebenso wie das Verhalten erdnaher Asteroiden.

Csillaghy glaubt, dass die Flarecast-Daten da sehr nützlich sein werden: «In bestimmten Situationen können Unternehmen damit Entscheidungen auf wissenschaftlicher Grundlage treffen.» Ist in ein paar Stunden ein heftiger Flare vorhergesagt, geht zum Beispiel eine Warnung an Satellitenbetreiber heraus.

«Die können ihre Satelliten dann besonders genau überwachen, oder sie setzen sie gleich in den Schlafmodus.» Auch Flughäfen und Airlines wissen früh genug, dass es technische Störungen geben könnte.

Vorhersage des nächsten Flares 24 Stunden vorher

Stromausfälle wie der in Quebec 1989 liessen sich mit Flarecast genauso verhindern. Wobei natürlich immer entscheidend ist, wie viel Zeit für Gegenmassnahmen bleibt. Und da haben die Flare-Forscher noch viel Arbeit vor sich.

Ihr Ziel ist es, den Vorhersagezeitraum von momentan wenigen Stunden auf 12 bis 24 Stunden auszuweiten. Schwierig sind vor allem die Vorhersagen kleinerer Eruptionen. «Wir brauchen dafür mehr Messdaten», sagt Csillaghy.

Sein Hoffnungsträger ist aber schon unterwegs: Anfang Februar machte sich die Raumsonde Solar Orbiter auf den langen Weg zur Sonne, um sie ab Mitte 2020 aus angemessener Distanz – in diesem Fall etwas mehr als 40 Millionen Kilometer – zu erforschen.

Unter anderem mit dem Röntgenteleskop Stix, an dessen Konstruktion die Fachhochschule Nordwestschweiz beteiligt war. Csillaghy: «Wir müssen näher an die Sonne heran, um besser zu verstehen, was da wirklich abläuft. Von der Erde aus sehen wir einfach zu wenig.»