R = k (10 g + n)

Hier ist “n” die Anzahl der einzelnen Sonnenflecken die man auf der Sonnenscheibe sehen kann und “g” die Anzahl der Fleckengruppen. “k” ist ein Faktor, der von der Beobachtungstechnik abhängt und dazu dient, Beobachtungen unter verschiedenen Bedingungen und mit verschiedenen Techniken zu vereinheitlichen. Messungen gibt es seit 1750 – so hat sich die Relativzahl seitdem verändert:

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Bild: Hathaway et al (1999)

Man erkennt den 11-Jahres-Zyklus ziemlich deutlich. Man erkennt aber auch deutlich, dass es darüber hinaus noch jede Menge Variationen gibt; vor allem in der Stärke des jeweiligen Maximums. Aber es gibt Möglichkeiten der Vorhersage. Einmal wird direkt die Sonnenflecken-Relativzahl betrachtet. Man probiert herauszufinden, wie man die Form eines Zyklus am besten modellieren kann. Dazu gibt es verschiedene statistische Methoden; verschiedene Arten, um die Kurven zu glätten und durch bekannte Funktionen zu fitten. Man kennt zum Beispiel den “Waldmeier-Effekt” der besagt, dass ein Zyklus sein Maximum umso schneller erreicht, je höher dieses ausfallen wird. Mit solchen Analysen und Beobachtungen kann man dann den Verlauf eines Zyklus prognostizieren. Allerdings sind diese Methoden nicht immer praktisch. Manche erlauben es z.B. nur, ein paar Monate in die Zukunft zu gehen. Andere, die wesentlich erfolgreicher sind und die Form eines Zyklus recht exakt beschreiben, brauchen zu viele Daten. Die Methode, die Hathaway und seine Kollegen vorstellen, braucht beispielsweise Daten aus den ersten 3 Jahren eines Zyklus um den Rest vorherzusagen. Praktischer wäre es natürlich, wenn man tatsächlich vor einem Zyklus; noch im Aktivitätsmininum Vorhersagen treffen könnte.

Für solche Fälle gibt es aber auch Methoden! Besonders effektiv sind hier Untersuchungen von sogenannten “geomagnetischen Indikatoren”. Denn die Sonnenaktivität wirkt sich ja direkt auf das Magnetfeld der Erde aus das daher als eine Art “Meßinstrument” dienen kann. Da gibt es zum Beispiel den K-Index der die Stärke der irregulären Variationen im Magnetfeld angibt; gemessen über 3 Stunden. Aus diesem Index werden dann verschiedene andere Größen abgeleitet – zum Beispiel der “aa-index” bei dem Messungen an zwei Stationen auf gegenüberliegenden Punkten der Erde verglichen werden. Man hat nun herausgefunden, dass sich diese Indizes eignen, um die Sonnenaktivität vorherzusagen.

Die Minima des aa-Index beispielsweise nehmen die Maxima des jeweils folgenden Aktivitätszyklus vorweg. Je größer der Wert des aa-Minimums, desto größer wird auch das Maximum ausfallen – wie man hier recht gut sehen kann:

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Bild: Hathaway et al (1999)

Joan Feynman (ja, der berühmte Richard hatte auch noch eine kluge Schwester) hat diese Methode noch verbessert. Sie hat herausgefunden, dass sich der aa-Index aus zwei Komponenten zusammensetzt: eine “interplanetare Komponente” und eine Komponente die direkt mit den Sonnenflecken zusammenhängt. Betrachtet man die Komponenten einzeln, so lässt sich daraus eine noch genauere Prognose erstellen. Ebenfalls recht gut ist die Methode von Richard Thompson. Er betrachtete die Anzahl der Tage an denen während eines Zyklus geomagnetische besonders viel los auf Erde war (d.h. bei denen der geomagnetische Index einen gewissen Wert überschreitet). Es zeigt sich, dass diese Zahl proportional zur Summe der Maxima des aktuellen und des kommenden Zyklus ist (und zwar mit einem Korrelationskoeffizient von 0.971 – was auf einen wirklich starken Zusammenhang hindeutet).

Hathaway und seine Kollegen haben noch einige andere Methoden betrachtet – aber die von Feynman und Thompson haben sich am erfolgreichsten herausgestellt und wurden deswegen verwendet, um eine kombinierte Prognosetechnik zu konstruieren die dann nochmal besser ist als die beiden einzelnen Methoden. Die damit gewonnene Vorhersage für den Zyklus 23 (1999 als der Artikel erschienen ist war das der, der gerade begonnen hatte) war sehr gut. Es wurde ein Maximum von 154 plus/minus 21 prognostiziert. Der tatsächliche Wert war dann 139 – was sehr schön innerhalb der Fehlergrenzen liegt.

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Kommentare (12)

  1. #1 Daniel Fischer
    22. September 2010

    Der von Dir zitierte Herr Hathaway hat während des vergangenen Minimums immer von einem besonders hohen kommenden Maximum fabuliert, als viele andere und sogar ein weltweites Gremium Anfang 2007 längst auf einen mässiges bis schwaches Maximum geschlossen hatten. M.E. hat er mit seiner isolierten Maximalprognose (die ausgerechnet von der beliebten Webseite Spaceweather.com lange als einzige verbreitet wurde) sogar einen Beitrag zum 2012-Wahn geleistet, bei dem angeblich hohe Sonnenaktivität eine große Rolle spielt. Erst in jüngerer Zeit ist er umgeschwenkt, man könnte sagen, er hat sein Fähnchen in den (Sonnen-)Wind gehängt …

  2. #2 Florian Freistetter
    22. September 2010

    @Daniel: Mit der Prognose eines stärkeren Maximums war er ja nicht allein. Und nur weil man ein stärkeres Maximum vorhersagt, muss man ja nicht gleich “einen Beitrag zum 2012-Wahn” leisten. Es ist ja durchaus möglich, dass mal ein stärkeres Maximum kommt. Soll man das dann verheimlichen um nicht irgendwelchen Esos Material zu liefern, dass sie falsch verstehen können? Auch ein stärkeres Maximum macht noch keinen Weltuntergang.

  3. #3 Ronny
    22. September 2010

    Danke Florian für die ausführliche Beschreibung! Ich hab vorhin, bevor ich den Heimweg angetreten bin, einen Blick auf einige Plots von STEREO-Daten werfen können und ein äußerst informatives Gespräch geführt.

    Das Problem bei der Zählung der Sonnenflecken zur Bestimmung der Aktivität ist ja leider, dass wir nur einen sehr begrenzten Blick auf die Sonne haben. Wenn man dagegen CMEs zählt, ist der Blick (vorallem dank STEREO) nicht ganz so begrenzt (CMEs kann man auch sehen, wenn sie in Regionen der Sonne auftreten, die man nicht direkt beobachten kann) und eine Langszeitbeobachtung und -zählung der CMEs wäre damit sicher günstiger zur Bestimmung der globalen Sonnenaktivität, als die Zählung von Sonnenflecken.

  4. #4 Ein anderer Flo
    22. September 2010

    Kurze Offtopic-Frage von einem interessierten Amateur-Physiker 😉

    Lässt sich aus dem Maximum der Sonnenaktivität eigentlich auf die Aktivität der Polarlichter schließen? Oder hängt das noch von anderen Faktoren ab (Erdmagnetfeld, Jahreszeit,… )?

    Weil, wenn es sich lohnt, will ich vielleicht mal während des Maximums nach Norwegen oder so, um da nach Möglichkeit viele Nordlichter zu sehen 🙂

  5. #5 Florian Freistetter
    22. September 2010

    @Ein anderer Flo: Naja – Polarlichter gibts immer dann, wenn Sonnenwind auf die Erdatmosphäre trifft. Das ist wahrscheinlicher, wenn die Sonnenaktivität hoch ist; also im Maximum. Was nicht heisst, dass es sonst nix gibt. Immerhin ist das Minimum noch nicht lange her – und es gab in letzter Zeit trotzdem immer wieder Polarlichter in Deutschland.

    http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/04/polarlichter-in-deutschland.php
    http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/08/kommt-heute-nacht-der-sonnentsunami.php

  6. #6 Ein anderer Flo
    22. September 2010

    Ah, da hab ich wohl ein paar Tage zu spät angefangen, hier mitzulesen 😉

    Danke dir!

  7. #7 Daniel Fischer
    22. September 2010

    @Florian: Ich bezog mich doch auf die Zeit ab Frühjahr 2007, als die Erwartung eines hohen Maximums de facto vom Tisch war – und trotzdem wurde gerade bei Science@NASA (Dein Link war von 2006, da war in der Tat noch alles recht offen gewesen) und SpaceWeather munter weiter Stimmung für ein Supermaximum gemacht – was die Verantwortlichen da wohl getrieben hat …? Auf Hinweise, dass dies eine Extremmeinung und wider den de-facto-Konsens unter den Sonnenforschern sei, wurde jedenfalls nicht reagiert.

    Dass “die NASA sagt, das nächste Maximum wird gigantisch”, ist dadurch m.E. Teil der Popkultur geworden (während gleichzeitig Panik vor einem neuen Maunderminimum geschürt wurde, aber was kümmert mich schon so ein ‘kleiner’ Widerspruch …) und findet sich letztlich auch bei den 2012-Spinnern wieder. Na ja, seit es mit dem Zyklus wieder aufwärts geht, lassen sich ja nun zahlreiche weitere Methoden anwenden, und sie sprechen allesamt für ein ausgesprochen schwaches Maximum. Und siehe da, inzwischen ist auch die “NASA-Kurve” (siehe Grafik oben) ganz klein geworden …

  8. #8 Ronny
    22. September 2010

    Und siehe da, inzwischen ist auch die “NASA-Kurve” (siehe Grafik oben) ganz klein geworden …

    Was aber nicht heißt, dass wir nicht doch das ein oder andere Sonnenstürmchen und die damit zu erwartenden Polarlichter zu sehen bekommen. 😉 … hoffentlich auch mal öfter in unseren Breiten.

    OffTopic:
    Der Vollmond und Jupiter bieten übrigens gerade wieder einen schönen Anblick.

  9. #9 Florian Freistetter
    22. September 2010

    @Fischer: “und trotzdem wurde gerade bei Science@NASA (Dein Link war von 2006, da war in der Tat noch alles recht offen gewesen) und SpaceWeather munter weiter Stimmung für ein Supermaximum gemacht”

    Was jetzt? Wurde “Stimmung gemacht”? Also quasi wider besseres Wissens irgendwas propagiert was man halt unbedingt für richtig halten wollte? (wenn ja, welche Motivation sollte Hathaway – von dem ich bis heute noch nichts gehört habe – dafür haben?). Oder gabs vielleicht einfach verschiedene Meinungen zu einer wissenschaftlichen Fragen mit unsicherer Ausgangslage? Ich will ja niemanden verteidigen – wie gesagt, ich kenn die Leute nicht. Aber es ist ja nicht so, dass ein Maximum zwingend klein sein muss. Es hätte genauso gut stärker sein können und es hätte sogar im Winter 2012 stattfinden können. Das muss man dann aber auch sagen können – selbst wenn sich die Esos drauf stürzen. Ok – dann hat Hathaway also die Daten anders interpretiert als die Mehrheit der übrigen Forscher auf dem Gebiet. Und später, wohl angesichts der immer deutlicher werdenden Datenlage, seine Meinung geändert. Ich seh jetzt hier den großen Skandal nicht. Man muss auch in der Wissenschaft nicht immer gleich sofort auf die Mehrheitsmeinung einschwenken… Falls du allerdings meinst, Hathaway hätte hier vorsätzlich/wider besseren Wissens irgendeine Weltuntergangspanik geschürt, dann ist das eine ziemlich starke Behauptung (die ich dann aber nicht so ohne weiters glauben würde).

  10. #10 HaDi
    23. September 2010

    @Florian:

    “…er wird im Frühjahr 2003 ein Maximum von etwa 90 für die Sonnenfleckenzahl erreichen.”

    Du meinst wahrscheinlich 2013, oder wo hast Du die Zeitmaschine her? 😉

  11. #11 Daniel Fischer
    23. September 2010

    @Florian: “Falls du allerdings meinst, Hathaway hätte hier vorsätzlich/wider besseren Wissens irgendeine Weltuntergangspanik geschürt” – so meinte ich das natürlich nicht, wohl aber dass die Editoren zweier sehr viel gelesener NASA-Webseiten jahrelang immer nur seine (durchaus durch Modelle begründeten) Extremprognosen propagierten und den viel niedrigeren Konsens von 2007 aus dutzenden von anderen Modellrechnungen – ich habe an der diesbezüglichen Telecon teilgenommen und damals extra noch mal gefragt, was denn aus dem Hathaway’schen Supermaximum geworden sei; keiner nahm das ernst – einfach ignorierten. (Übrigens nicht die einzige Fehlleistung des NASA-Outreaches; auch bei der Prognose von Meteorstürmen wurde dort jahrelang auf das falsche Pferd gesetzt und nicht einmal auf die – am Ende korrekten – Alternativen hingewiesen.) Zur Motivation will ich mich lieber nicht äußern; mit Verschwörungen kennst Du Dich besser aus … 🙂

    @Ronny: Korrekt, die Magnetfelder verquirlen sich auch so noch genug, dass es schön krachen kann – siehe die Polarlichter über Norddeutschland Anfang August.

    @HaDi: 2013 oder 2014 wird das Maximum kommen; genauer lässt es sich derzeit nicht voraussagen. Die größten Flares gibt’s übrigens meist erst während der fallenden Flanke, wenn sich die Magnetfelder wieder sortieren. Alles weit nach 2012 also.

  12. #12 HaDi
    24. September 2010

    @Florian:

    Ich wollte nur auf den Tippfehler hinweisen – dass der darauf folgende Humor nicht verstanden wurde, dafür kann ich ja nix. Aber gut, wenn dadurch ein paar Basics durch Dich und Daniel Fischer ganz nebenbei geklärt wurden…

    Nebenbei hoch zwei: Danke dafür, dass mein kleiner, fehlerbrehaftete Kommentar am frühen Morgen zu diesen wirklich guten Beitrag geführt hat. Und auch dieser Beitrag hier ist sehr praktisch, wenn man mal wieder Sonnenaktivitäts-Maximum/-Minimum und Sonnenflecken in den alltäglichen Foren schnell erklären muss. Link hierher und gut ist.