Weltraumwetter: Die Gefahr durch Sonnenstürme für unsere Technik

Darmstadt, an einem gewöhnlichen Sommertag. In unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Umspannwerk und einer Werkssiedlung aus dem frühen 20. Jahrhundert liegt das Satellitenkontrollzentrum der europäischen Weltraumagentur Esa. Über dem Eingang wehen die Flaggen der 22 Mitgliedsländer. Wolken hängen am Himmel und auch weit über ihnen, im Weltraum, ist das Wetter halbwegs ruhig. Der Sonnenwind, das ist der Teilchenstrom, den die Sonne permanent ausstößt, pustet mit moderaten 650 Kilometern pro Sekunde durchs All.

Nicht so im Raum H6. Dort simulieren Katastrophenschützer den Ernstfall. Ein extremer Massenauswurf auf der Sonne war festgestellt worden, Unmengen von Teilchen und Strahlung sind freigesetzt worden. Ein weiterer Auswurf könnte folgen und die Erde treffen. Zu dem Planspiel hat das Weltraumwetterprogramm der Esa erstmals Akteure des Katastrophenschutzes aus ganz Europa eingeladen.

Sechs Millionen Menschen ohne Strom

Nun sind extreme Sonnenstürme recht selten und noch seltener liegt unser Planet in ihrer unmittelbaren Schussbahn. Wenn ein solcher Sturm mit über 3000 Kilometern pro Sekunde aber die Erde trifft, kann das Schäden beispielsweise bei der Stromversorgung, beim Hochfrequenz-Funkverkehr und bei Satellitentechnologien wie dem GPS verursachen – kritischen Infrastrukturen also, die für den Bevölkerungs- und Katastrophenschutz sehr wohl relevant sind.

Die beiden prominentesten Fälle der vergangenen Jahrzehnte: 1989 löste ein Sonnensturm einen Blackout im kanadischen Quebec aus. Sechs Millionen Menschen harrten stundenlang ohne Strom und ohne Fernwärme aus, bei Temperaturen um minus 15 Grad. 2003 wurden in Südafrika mehrere Transformatoren zerstört – ein empfindlicher Schaden, denn Transformatoren lassen sich nicht von heute auf morgen ersetzen.

Keine Gesundheitsschäden zu erwarten

Außerdem zeichnete sich ab, wie anfällig Satelliten für diesen erhöhten Ansturm von Teilchen und Strahlung sind. Es gab Ausfälle in der Datenübertragung, darunter beim GPS, dazu noch Schäden beispielsweise an Solarpaneelen bis hin zum Verlust eines kompletten japanischen Erdbeobachtungssatelliten.

„Dabei waren das noch nicht einmal die schwersten Sonnenstürme“, sagt Juha-Pekka Luntama, Leiter des Esa-Weltraumwetterprogramms. Schablone für den Extremfall ist das „Carrington-Ereignis“ aus dem Jahr 1859. Dabei wurde für mehrere Tage das Telegraphensystem in Europa und Nordamerika lahmgelegt. Mehr anfällige Technologien gab es noch nicht, denn Hochspannungsleitungen wurden erst einige Jahrzehnte später entwickelt.

Wie sich ein Sonnensturm dieser Gewalt heute, in unserer technologisierten Welt auswirken würde, wagt niemand ernstlich vorauszusagen. Immerhin sind dank des schützenden Erdmagnetfelds keine Gesundheitsschäden zu erwarten. Die Infrastruktur ist aber empfindlicher geworden. Daher will Luntama die Menschheit gut vorbereitet sehen, wenn der nächste solare Supersturm kommt.

Satelliten werden aus dem Sonnenwind gedreht und abgeschaltet

Die Verantwortung für kritische Infrastrukturen liegt bei den Betreibern. Für sie ist das Weltraumwetter durchaus ein Thema, viele nutzen die Frühwarnsysteme, etwa von der US-Wetterbehörde NOAA. Diese werten Daten von Satelliten aus sowie von Messstationen, die das Erdmagnetfeld kontinuierlich überwachen. Beim Stromnetz achtet man auf robuste Designs, im schlimmsten Fall schalten Sicherungssysteme die Transformatoren ab, sodass ihnen kein dauerhafter Schaden droht. Satelliten wiederum können aus dem Sonnenwind gedreht und in den Stand-by-Modus versetzt werden, um die Elektronik im Inneren zu schützen. Dennoch, niemand weiß, mit welchen Spitzenwerten bei einem Supersturm zu rechnen ist, und auch Sicherungssysteme haben ihre Grenzen.

Zudem ist ein größerer Stromausfall in der globalisierten Wirtschaft nicht vorgesehen. Ebenso wenig ein Ausfall des GPS. Die Just-in-time-Produktion verspricht höchste Effizienz und das rollende Lagerhaus ist nicht nur eine bloße Metapher. Studien gehen davon aus, dass der globale wirtschaftliche Schaden durch Produktions- und Lieferausfälle nach einem schweren Sonnensturm mehrere Billionen Euro betragen könnte. Auch Versorgungsengpässe seien möglich, sagt Martin Gross vom Schweizer Bundesamt für Bevölkerungsschutz, der an dem Esa-Planspiel teilgenommen hat.

Nur wenige Stunden Vorwarnzeit

Als Katastrophenschützer interessieren ihn freilich auch die Vorwarnzeiten. Die spielten bei dem Workshop eine besondere Rolle. „Das Problem ist, dass wir noch nicht über geeignete wissenschaftliche Modelle von der Sonne verfügen, um solche extremen Massenauswürfe exakt vorherzusagen“, erläutert der Esa-Experte Luntama. Erst wenn ein solcher Auswurf beobachtet wird, könne man eine Vorwarnung geben, also 15 bis 18 Stunden vor dem Eintreffen der ausgeschleuderten Teilchen. Selbst dann lässt sich noch nicht sagen, ob sie tatsächlich Schaden anrichten können.

Ausschlaggebend ist nämlich das Magnetfeld, das die Teilchenwolke mit sich führt. Hat es dieselbe Ausrichtung wie das Erdmagnetfeld, passiert nichts. Sind seine Pole denen des Erdmagnetfelds entgegengesetzt, dann kommt es zum geomagnetischen Sturm. Um das zu messen, muss die Teilchenwolke bei einem Sonnenbeobachtungssatelliten wie der Nasa-Sonde SDO (Solar Dynamics Observatory) vorbeikommen. Und die wiederum befindet sich im kosmischen Vergleich extrem nah bei der Erde.

Vorbereiten auf Notlagen

Für Martin Gross ist das die eigentliche Krux am Weltraumwetter. „Damit können wir erst zehn bis fünfzehn Minuten, bevor der Sonnensturm eintrifft, eine gehärtete Aussage über die Intensität des Ereignisses machen.“ Für Katastrophenschützer heißt das: Die Informationskette muss äußerst kurz sein. Und wer braucht diese Information überhaupt?

Gross’ Kollege Stephan Lübbert vom deutschen Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) sieht da noch einigen Klärungsbedarf bei seiner Behörde. Bei dem Thema steht das BBK noch am Anfang, andere Gefahrenlagen sind dringender. Man könnte sagen, der Katastrophenschutz ist vielerorts noch nicht sensibilisiert für das Thema Weltraumwetter.

Aber das wollen Gross und Lübbert dann doch nicht auf sich sitzen lassen. Schließlich gebe es genügend irdische Ursachen für Stromausfälle und Versorgungsnotlagen. Für diese haben ihre Behörden klare Empfehlungen ausgesprochen, wie sich jeder Einzelne schützen sollte. Nämlich durch Vorräte für mehrere Tage: Trinkwasser, haltbare Lebensmittel, wichtige Medikamente, batteriebetriebene Geräte wie Taschenlampe und Radio. Insofern muss man die Frage auch einmal anders stellen: Sind eigentlich wir selbst, jeder Einzelne, auf eine Notlage vorbereitet?