Wenn die Sonne ernst macht

Die Folgen stürmischen Sonnenwetters: zwischen farbenfrohen Polarlichtern und funkensprühenden Telegrafenmasten.
Eine Pressemitteilung des Max Planck Instituts für Sonnensystemforschung MPS.

Quelle: MPS/Aktuelles/Nachrichten/Wenn die Sonne ernst macht; Text: Jan Berndorff, 16. Juni 2026

Auf den Punkt gebracht

• Von der Sonne ins All geschleudertes, magnetisiertes Plasma kann beim Auftreffen auf das schützende Erdmagnetfeld nicht nur Polarlichter auslösen, sondern auch erhebliche Schäden an technischer Infra-struktur verursachen. Solche Sonnenstürme häufen sich am Maximum des elfjährigen Aktivitätszyklus der Sonne.
• Um diesen Zyklus besser zu ver-stehen, untersuchen Forschende des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung die Magnetfeld-Dynamik der Sonne mit den Sonnenobservatorien Solar Orbiter und Sunrise.
• Die Forschenden sind auch an einer zukünftigen Mission, Vigil, beteiligt. Deren Ziel ist es, potenziell verheerende geo-magnetische Stürme frühzeitig vorherzusagen, sodass sich rechtzeitig Schutzmaßnahmen für Stromnetze oder Satelliten einleiten lassen.

Polarlichter sind die schöne Seite des Weltraumwetters. Doch es gibt im Sonnensystem auch Unwetter. Die Sonne kann Teilchenstürme entfesseln, die auf der Erde erhebliche Schäden an technischer Infrastruktur verursachen. Fachleute des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung wollen auch mithilfe neuer Teleskope besser verstehen, warum unser Stern alle elf Jahre besonders aktiv ist. Ihr Ziel ist nicht zuletzt, Sonnenstürme frühzeitig vorherzusagen.

Die ersten Monate dieses Jahres waren in Deutschland ungewöhnlich farbenfroh: Leuchtend grüne Vorhänge zogen sich über den Sternenhimmel von den norddeutschen Inseln bis in die bayrischen Voralpen. Manchmal flackerten die Lichter wie Fahnen im Wind. Manchmal strahlten sie ruhig und gingen von Grün über Rot in Violett über.

Was zahlreiche Menschen da nachts mit ihren Kameras einfingen, waren Polarlichter. Wenn diese sich sogar in Mitteleuropa zeigen und nicht nur in höheren Breiten wie in Skandinavien oder der Arktis, ist dies ein Anzeichen für eine besonders hohe Sonnenaktivität. Denn sie gehen auf Eruptionen auf unserem Heimatstern zurück: Heftige Turbulenzen im Magnetfeld schleudern einen Schwall geladener Teilchen ins All. Trifft die magnetisierte Wolke das Erdmagnetfeld, dellt es dieses ein. Es entsteht ein im geomagnetischen Sturm flatternder magnetischer Schweif, der weg von der Sonne zeigt. Dort kommen sich einzelne Feld­linien teils so nahe, dass sie sich unter einem energetischen Schnalzen neu verbinden. Die dabei entfesselten Kräfte beschleunigen geladene Elektronen von der Sonne entlang des gekrümmten Erdmagnetfelds bis zu dessen Polen.

Auf dem Weg regen die Teilchen in der Atmosphäre Sauerstoff und Stickstoff zum Leuchten an – Polarlichter entstehen. Etwa alle elf Jahre produziert die Sonne besonders viele solcher Eruptionen – es herrscht quasi solare Hurrikansaison: Über ein bis zwei Jahre hinweg wehen dann häufiger Sonnenstürme durchs All, die stärker sind als der übliche Sonnenwind. „In niedrigeren geografischen Breiten schützt das Erdmagnetfeld stärker“, sagt Sami Solanki. Er ist Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen. Trifft ein besonders starker Partikelschwall die Erde, so drückt dieser dermaßen gegen das Erd­magnetfeld, dass sich sogar solche Magnetfeldlinien neu verbinden, die in mittleren Breiten fußen – Sonnenteilchen regnen dann auch in die Atmosphäre über südlichere Teile Europas.

Das kann unangenehme Folgen haben: Satelliten, Raumstationen und hoch fliegende Flugzeuge sind intensiver Teilchenstrahlung von der Sonne ausgesetzt, Stromleitungen am Boden werden durch die geladenen Teilchen überladen, Transformatoren brennen durch, und flächendeckende Stromausfälle sind die Folge. Die europäische Raumfahrtagentur Esa hat in einer Studie ausgerechnet, dass ein heftiger Sonnensturm allein in Europa Schäden in Höhe von bis zu 15 Milliarden Euro verursachen könnte. Fachleute des US-Forschungsrates nennen für die USA sogar ein bis zwei Billionen US-Dollar.

Mit anderen Worten: So wichtig und faszinierend dieser Stern für uns ist – immerhin sorgt die Sonne für 99,96 Prozent der Energie, die die Erde vor der Auskühlung bewahrt –, er kann auch anders. Und darum wollen Forschende besser verstehen, wie er funktioniert.

Blicke auf die Pole der Sonne

Denn obwohl Forschende die Sonne bereits seit Jahrzehnten mit Teleskopen am Boden und im Orbit beobachten und vermessen, bleiben zahlreiche Details rund um deren komplexes Magnetfeld, aus dessen Dynamik die Sonnenstürme resul­tieren, im Dunkeln. „Wenn wir diese Vorgänge besser verstehen, können wir sie modellieren, und wenn wir sie modellieren, können wir auch Vorhersagen treffen – zum Beispiel wann ein gefährlicher Sturm droht, die Erde zu treffen“, sagt Kinga Albert, die am Göttinger Institut in der Abteilung Sonne und Heliosphäre forscht.

Aktuell untersucht Albert die ersten Messdaten der Esa-Sonde Solar Orbiter, zu der das Max-Planck-Institut ein Schlüsselinstrument beigesteuert hat: Der „Polarimetric and Helioseismic Imager“ macht Aufnahmen der Sonnenoberfläche im sichtbaren Licht und bestimmt Stärke und Richtung des Magnetfeldes. Solar Orbiter dringt dabei in wissenschaftliches Neuland vor und kommt bei seinen Umrundungen näher an das Sonnenfeuer heran als der innerste Planet Merkur. Erstmals verlässt ein Sonnenteleskop mit hochauflösenden Kameras zudem die Ekliptik, also jene Ebene, in der alle Planeten bis auf wenige Grad Abweichung um die Sonne kreisen. Nur so erlangt Solar Orbiter einen detaillierten Blick auf die Sonnenpole. Bislang gibt es von der Sonne und ihrem Magnetfeld fast ausschließlich seitliche Aufnahmen, die aus der Ekliptik heraus entstanden. Denn die Drehachse der Sonne ist nur etwa 7 Grad zu dieser Ebene gekippt. „Aus diesem Winkel erkennt man aber leider so gut wie nichts, daher sind die Pole noch weitgehend unerforscht“, bedauert Sami Solanki. „Wir vermuten jedoch, dass sich dort Entscheidendes zum Verständnis des elfjährigen Sonnenzyklus abspielt.“

Aufbrausendes Sonnenfeuer

In diesem Zyklus, der zwischen neun und 13 Jahre dauern kann, zeigt die Sonne eine erstaunliche Verwandlung: Beginnend als Dipol mit beinahe geradlinig zwischen Nord und Süd verlaufenden Feldlinien, wie wir das vom Erdmagnetfeld kennen, wickeln sich diese Feldlinien im Verlauf zunehmend auf. Laut bisheriger Forschung geht das so: Die Sonne ist wie die Erde im Prinzip ein riesiger Dynamo. Während sie rotiert, erzeugt die geladene Materie, aus der sie besteht – das Plasma aus Wasserstoff und Helium –, ein Ma­gnetfeld. Nun dreht sie sich in verschie­denen Breiten unterschiedlich schnell: An den Polen einmal in 35, am Äquator in 25 Tagen. Da die Magnetfeldlinien mit den geladenen Teilchen des Plasmas gekoppelt sind, wickeln sich die ursprüng­lichen Nord-Süd-Feldlinien quasi um die Sonne herum, es entsteht ein ziemlich komplexes und grob ring- oder donut­förmiges Magnetfeld.

Das Magnetfeld, das durch diese differenzielle Rotation entsteht, ist am Grund der sogenannten Konvektionszone verankert. Diese Zone entspricht dem äußeren Drittel der Sonne, in dem die Energie aus dem Sonneninneren nicht durch Strahlung, sondern durch mächtige Ströme und Umwälzungen im Plasma nach außen gelangt. Knapp unter der Oberfläche schießen sogar Blasen mit durchschnittlich 3000 Kilometern pro Stunde zur Ober­fläche, ehe diese abkühlen und wieder nach unten sinken: Es blubbert und brodelt wie kochendes Wasser in einem Topf.

Am Grund der Konvektionszone drängt sich das Magnetfeld dicht auf dicht und ist dermaßen turbulent, dass sich Feldlinien losreißen und schlauchartige Formen bilden. Im Inneren solcher Magnetfeldkäfige befindet sich weniger Sonnenplasma als in der Umgebung, und so steigen diese zur Oberfläche auf, wie U-Boote mit geleerten Tanks. Wo die gebündelten Feldlinien die Oberfläche durchstoßen, verhindern die magnetischen Kräfte, dass weiteres heißes Plasma nachschiebt. Die Konvektion und damit der Energietransport sind dort unter­bunden – es entsteht ein Sonnenfleck, der oft weit größer als die Erde ist und dunkel erscheint, weil er nur etwa 4000 Grad heiß ist, während in der übrigen Photosphäre rund 5500 Grad herrschen.

Je aktiver die Sonne ist, desto mehr Sonnen­flecken sind zu sehen und desto dynamischer und chaotischer ist das Magnetfeld auch an der Oberfläche. Immer wieder erheben sich Plasmabögen entlang ausladender Feldlinien, die meist in der Umgebung von Sonnenflecken verankert sind, weit über die Oberfläche. Teils verdrillen und verknoten sich Feldlinien, bis die Spannung allzu groß wird, der magnetische Käfig aufbricht und einen Schwall Plasma mit viel Schwung ins All schleudert. Fachleute nennen das einen koronalen Massenauswurf. Er ist die Ursache für das, was auch als Sonnensturm bezeichnet wird. Nach ein bis zwei Jahren des Wütens – das letzte Aktivitätsmaximum begann 2024 und ging mit den Polarlichtern Anfang dieses Jahres vermutlich zu Ende – beruhigt sich die Sonne langsam wieder. Die Zahl der Sonnen­flecken geht zurück, und die Feld­linien ordnen sich allmählich wieder zum Dipol. Nur diesmal andersherum: Der vormalige magnetische Nord- wird zum magnetischen Südpol und umgekehrt.

Vor allem diese Phase ist noch rätselhaft: „Wir können noch nicht erklären, wie die Sonne aus dem Chaos wieder zur Ordnung zurückfindet“, sagt Sami Solanki. Genau dazu soll Solar Orbiter neue Erkenntnisse liefern. Von den Bildern und Messungen, die das Sonnenteleskop im Jahr 2025 aufzeichnete, wurden einige bereits veröffentlicht. Doch die Analyse der vielen Daten hat gerade erst begonnen: „Nicht vor Ende dieses Jahres werden wir erste Ergebnisse veröffentlichen, darum darf ich noch nichts Konkretes verraten“, sagt Solanki. „Nur so viel: Wir haben spannende Dinge gefunden, die so manche Modellvorstellung wahrscheinlich widerlegen.“

Die Sonne zwischen Chaos und Ordnung

Seine Kollegin Kinga Albert beschäftigt sich mit Messungen magnetischer Strukturen in Polnähe: „Da gibt es größere und kleinere magnetische Teilflächen. Sie sind zwar alle nicht so groß wie die Sonnenflecken in Äquatornähe, haben aber in etwa mindestens die Fläche Deutschlands. Manche verändern sich binnen weniger Stunden, andere bleiben tagelang stabil, manche sind positiv, manche negativ magnetisch polarisiert.“ Diese Strukturen folgen einem Granulationsmuster – das ist die körnige Struktur mächtiger Plasmablasen, die durch die Konvektion entstehen: „Die Strömungen spülen Magnetfelder, die an der Ober­fläche treiben und meist Überbleibsel größerer Sonnen­flecken sind, zu Ein­heiten zusammen wie Schaum auf dem Meer, nur um sie dann wieder zu zerstreuen“, beschreibt Albert. Sie ist noch bei der Bestandsaufnahme und sucht nach Regelmäßigkeiten. „Eine Interpretation kann ich noch nicht liefern.“ „Aber unsere Reise zu den Polen fängt ja gerade erst an“, betont Lakshmi Pradeep Chitta, der in derselben Abteilung wie Kinga Albert forscht. Die Raumsonde werde in wenigen Jahren eine Bahn fliegen, die mit einem Winkel von etwa 33 Grad aus der Ekliptik ausbricht – mit noch klarerem Blick auf die Pole. „So werden wir also eben jenen Weg der Sonne zurück in ihr Dipol-Stadium detailliert verfolgen, den wir bislang noch nicht recht erklären können“, sagt Chitta.

Doch die Forschenden haben noch mehr Trümpfe im Ärmel, um der Sonne ihre Geheimnisse zu entlocken. Darunter ein weiterer sehr spezieller Sonnenspäher: ein Observatorium namens Sunrise, geleitet vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Dieses rund 2,5 Tonnen schwere Teleskop mit einem ein Meter großen Spiegel steht weder auf dem Erdboden, noch rast es durchs All. Statt­dessen schwebt es an einem riesigen Helium-Ballon in rund 37 Kilometer Höhe an der Grenze zwischen Erd­atmosphäre und Weltraum. Dort entgeht es Wolken und den störenden Luftturbulenzen der Erdatmosphäre, lässt sich zudem landen und warten. Es vereint so die Vorteile von Teleskopen im Weltraum und am Boden.

Der Ballon, der bei maximaler Füllung 130 Meter durchmisst, startete 2024 in der Nähe von Kiruna in Nordschweden und fuhr mit den stratosphärischen Westwinden entlang des nördlichen Polarkreises nach Kanada, um dort etwa eine Woche später zu landen. „Dieser Flug war ein voller Erfolg“, freut sich Smitha Narayanamurthy, die am Institut die Daten auswertet. Dank der Mitternachtssonne und der Position über Wolken und Wetter beobachtete das Teleskop durchgehend die Sonne und machte hochaufgelöste Bilder. „Mit Sunrise können wir Eruptionen von Anfang bis Ende hochauflösend verfolgen, und in den Daten werden wir sehen, ob und wie sie sich ankündigen“, sagt Sami Solanki. „Damit halten wir einen riesigen Datenschatz von 200 Terabyte in unseren Händen, den wir gerade erst zu heben beginnen.“ Darin enthalten sind auch zahlreiche Spektren und Polarisationsmuster in hoher Auflösung, mit denen Smitha Narayanamurthy die Granulation im Detail verfolgte und kleine Plasmawirbel und -strudel entdeckte.

Geomagnetische Stürme vorhersagen

Doch wer geomagnetische Stürme präzise vorhersagen will, muss auch wissen, ob und wann genau ein Plasmaschwall die Erde trifft. Je nachdem braucht dieser zwischen einem halben Tag und drei Tagen. Bislang ist es so: Eine heftige Sonneneruption mit dem Potenzial für ernsthafte Störungen auf der Erde erkennt man erst, wenn sie stattfindet. Zum Beispiel mit der Raumsonde Soho, die bereits seit 1995 die Sonne vom Lagrange-Punkt 1 (L1) aus beobachtet, also aus der gleichen Richtung wie die Erde. Jedoch kann dieser Satellit nicht gut erkennen, ob ein Sonnenauswurf tatsächlich Kurs auf die Erde nimmt und mit welchem Tempo.

Das liegt daran, dass die Kamera an Bord die Sonne mit einer kreisrunden Blende abdeckt und daher vornehmlich Auswürfe sieht, die die Sonne zu den Seiten verlassen. Erst wenn die Teilchen der Sonne Soho bereits erreicht haben – also wenn der Sturm kurz bevorsteht –, schlagen Sensoren an Bord Alarm. Ab da bleiben nur noch rund 30 bis 60 Minuten, bis der Partikelsturm auf das schützende Magnetfeld der Erde einprasselt. Das ist auch der Grund dafür, dass Vorhersagen von Polarlichtern nur maximal eine Stunde im Voraus gelten.
Entscheidender Blick von der Seite

Was der Sonnensturmvorhersage fehlt, ist die Sicht auf die Sonne aus einer anderen Perspektive, am besten noch während sich ein Sturm zusammenbraut. Hilf­reicher als der Blick von oben, den Solar Orbiter einnimmt, ist dabei jener der Raumsonde Vigil von der Seite. Das Göttinger Institut ist ebenfalls an der Sonde beteiligt, die die Esa im Jahr 2031 zum Lagrange-Punkt L5 schießen will. „Von L5 aus wird Vigil wegen der Drehung der Sonne Ereignisse auf ihrer Oberfläche beobachten, fünf bis sechs Tage, bevor sie von L1 oder der Erde aus sichtbar sind“, erklärt Pradeep Chitta. Das bedeutet: Wenn sich Eruptionen ankündigen, kann Vigil bereits eine Woche im Voraus warnen. Und falls eine Plasmawolke tatsächlich Richtung Erde stürmt, berechnet Vigil deren Richtung und Tempo.

„Eine Vorhersage wäre extrem wichtig“, sagt Sami Solanki. „Denn eines wissen wir sicher: Bislang sind wir bei Sonnenstürmen sehr glimpflich davongekommen.“ Seit der Mensch sich durch die breite Verwendung der Elektrizität, durch Raumfahrt und Satellitentechnik verwundbar für diese kosmischen Katastrophen machte, hat es keinen wirklich schlimmen Sonnensturm mehr gegeben. Mal gingen eine ganze Reihe Starlink-Satelliten dadurch verloren, mal sind in halb Kanada die Stromnetze für ein paar Stunden zusammengebrochen oder die Satelliten­navigation in Deutschland. Doch im Vergleich zu dem, wozu die Sonne fähig ist, waren das laue Lüftchen.

Funkensprühende Telegrafenmasten

Der bisher heftigste registrierte Sturm ereignete sich 1859. Das sogenannte Carrington-Ereignis, benannt nach einem britischen Astronomen, war geschätzt zwei bis vier Mal stärker als die intensivsten Sonnenstürme seither. Es sorgte für Polarlichter bis in die Karibik und Nordafrika und ließ Wälder in Flammen aufgehen, weil Telegrafenmasten Funken schlugen. Doch Elektrizität war damals kaum verbreitet, und so blieben die Schäden überschaubar. Heute würden sie in die Milliarden gehen, die Reparaturen der Energieinfrastruktur könnten Wochen oder gar Monate dauern. Schätzungen zu­folge sollte sich ein Sturm der Carrington-Klasse etwa alle 100 bis 500 Jahre er­eignen. Sie beruhen unter anderem auf Vergleichen mit solchen Eruptionen auf anderen sonnenähnlichen Sternen und auf Rekonstruktionen der Sonnenaktivität, die inzwischen mehrere Tausend Jahre in die Vergangenheit reichen.

„Allerdings kann es sogar noch viel intensivere Sonnenstürme geben als das Carring­ton-Ereignis“, warnt Sami Solanki. Diese sogenannten Miyake-Ereignisse sind zehn bis hundert Mal stärker. Sechs bis zehn dieser Art sollen sich in den letzten 14 500 Jahren ereignet haben. Das zeigen Messungen der Konzentration des Kohlenstoffisotops 14C in den Jahresringen alter Bäume. Derartige Stürme produzieren enorme Mengen dieses Isotops in der Atmosphäre, und es lagert sich dann in Bäumen ab. Der letzte besonders starke Fall ereignete sich wohl im Jahr 774 nach Christus. Ob und wann es wieder so weit ist, kann niemand genau sagen. Es könnte auch schon beim nächsten Sonnenmaximum geschehen.

Der Mensch hat auf die Aktivität der Sonne keinen Einfluss. Deshalb gelte es dringend, sich zu wappnen, meinen die Sonnenforschenden der Max-Planck-Gesellschaft. Bereits bei einer Vorwarnzeit von wenigen Tagen könnten Astronautinnen und Astronauten in Schutzmodule flüchten, Verkehrsflüge ließen sich aussetzen oder die empfindlichen Instrumente der Satelliten vorübergehend aus der Sonne drehen. Die kommenden Jahre der Sonnenforschung könnten uns also früher oder später vor einer Katastrophe bewahren.

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