Im Jahre 1859 beobachtete der britische Astronom Richard Carrington ein bis dato noch unbekanntes Sonnenphänomen, das vom stärksten geomagnetischen Sturm der letzten 500 Jahre begleitet wurde. Welchen Schaden könnte ein solches Ereignis heutzutage anrichten?

Als Carrington am Morgen des 1. September 1859 eine Projektion der Sonne studierte, um Sonnenflecken zu verzeichnen, beobachtete er das Auftauchen zwei extrem heller Punkte. Beinahe augenblicklich realisierte Carrington, dass er Zeuge eines außergewöhnlichen Ereignisses wurde. Schnell verließ er den Raum, um einen Kollegen hinzuzuziehen. Als sie zurückkamen, konnten sie jedoch nur noch das Verlöschen den Phänomens beobachten.

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Von Carrington am 1. September 1859 skizzierte Sonnenflecken

Wie Bell & Phillips [1] beschreiben, versetzten am Abend des darauffolgenden Tages Polarlichter und andere atmosphärische Erscheinungen die Menschen weltweit in großes Erstaunen. In einigen europäischen Städten soll der Himmel die ganze Nacht über so hell gewesen sein, dass man auf der Straße Zeitung lesen konnte – sichtbare Zeichen des bis heute stärksten bekannten geomagnetischen Sturms.

Ein Sturm, der durchaus zerstörerische Kräfte freisetzte, wurden doch die an sich sehr reizvollen Erscheinungen am Nachthimmel vom teilweisen Zusammenbruch des damals jungen Telegrafensystems begleitet. Die durch den Sturm in die Leitungen induzierten Ströme sorgten für sprühende Funken, zerstörte Telegrafen und brennendes Papier. Tatsächlich waren sie so stark, dass sich auch von solchen Telegrafenstationen noch Nachrichten verschicken ließen, die man, um sie vor der Zerstörung zu bewahren, bereits von der Stromzufuhr getrennt hatte.

Die potenziellen Schäden an technischen Systemen hielten sich Mitte des 19. Jahrhunderts natürlich in bescheidenen Grenzen, und auch der Ausfall des Telegrafensystems war mehr eine Kuriosität als ein Grund zur allgemeinen Beunruhigung. Würde sich ein ähnliches Ereignis heutzutage wiederholen, fiele die Bilanz jedoch anders aus: Mobilfunknetze, Hochspannungsleitungen, Telefonleitungen, Satelliten, GPS-Navigation – all diese Systeme, von denen in unserer hochtechnisierten Gesellschaft so viel abhängt, könnten durch einen geomagnetischen Sturm gleicher Stärke in Mitleidenschaft gezogen werden. Allein der potenzielle Schaden an den Satelliten, die unseren Planeten umkreisen, wird von Bell & Phillips für einen vergleichbaren Sturm auf 30 bis 70 Milliarden US-Dollar geschätzt.

Seit 1859 gab es noch mehrere ähnliche Ereignisse mit wesentlich geringerer Intensität. Am 4. August 1972 unterbrach ein geomagnetischer Sturm zahlreiche Telefonleitungen im US-Bundesstaat Illinois – und am 13. März 1989 legte ein Sturm eine Generatorstation im kanadischen Québec lahm und ließ 6 Millionen Kanadier über 9 Stunden im Dunkeln sitzen. 2005 kam es sogar zu einer knapp 10-minütigen Beeinträchtigung der weltweit genutzten GPS-Navigation. Keines dieser Ereignisse erreichte jedoch die Intensität des Sturms von 1859. Das „Carrington-Event” bleibt der schwerste geomagnetische Sturm der vergangenen 150 Jahre. Untersuchungen an Eisbohrkernen deuten sogar darauf hin, dass es in den letzten 500 Jahren keinen schwereren geomagnetischen Sturm gegeben haben dürfte.

Was genau war das “Carrington-Event”?

Laut Schwenn und Schlegel [2] muss man bei der Beurteilung des Carrington-Events in zwei ganz verschiedene Ereignisse unterscheiden, die allerdings häufig gemeinsam auftreten: Ein Solar Flare Event (SFE) und eine Coronal Mass Ejection (CME).

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Koronaler Massenauswurf in ultraviolettem Licht
(Quelle: http://sohowww.nascom.nasa.gov)

Bei dem von Carrington beobachteten hellen Licht handelt es sich zunächst um ein so genanntes Solar Flare Event – einen Lichtblitz, der auf ein vergleichsweise kleines Gebiet der Sonnenoberfläche beschränkt ist, und der nur wenige Minuten anhält. Solche Flares können sich in ihrer Intensität und damit auch in ihren Folgeerscheinungen deutlich unterscheiden. Zeitgleich mit dem hellen Licht können auch andere Strahlungsspitzen – insbesondere eine starke Röntgenstrahlung – gemessen werden. Flares stellen eine nicht unerhebliche Gefahr für Astronauten dar, sie sind jedoch nicht die Auslöser der geomagnetischen Stürme, deren eindrucksvollstes Beispiel der Sturm von 1859 bleibt.

Diese lassen sich nur durch die Coronal Mass Ejections – die koronalen Massenauswürfe – erklären. Hierbei handelt es sich um riesige Gaswolken mit einer Masse von bis zu 10 Billionen Kilogramm, die nur vom Weltraum aus beobachtet werden können und der Wissenschaft daher auch erst seit 1971 bekannt sind – ganze 112 Jahre nach dem geomagnetischen Sturm von 1859.

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Kommentare (22)

  1. #1 GeMa
    30. April 2009

    Schöne Zusammenfassung, Danke!

  2. #2 Florian Freistetter
    30. April 2009

    Ja, super Beitrag! Jetzt habe ich endlich was, wo ich die Leute hinverweisen kann, die wissen wollen, wie das mit der Sonne und 2012 ist…

  3. #3 Simon
    30. April 2009

    Super Artikel und sehr informativ.

    Werde jetzt des öfteren vorbeischauen.

  4. #4 itz
    30. April 2009

    Schön erklärt und sehr lesenswert – aber nicht ganz up to date!
    Laut NASA ist die Sonne aktuell recht zahm, und das nächste Maximum wird wohl erst 2012/2013 erwartet! Und noch dazu mit unterdurchschnittlicher Aktivität!
    Man kann sich also noch ein Weilchen auf sein Navi verlassen! :-)

  5. #5 Georg Hoffmann
    1. Mai 2009

    Lob und preis auch von mir. Gab es ausser den Polarlichtern und den Ausfaellen der Morserelais damals eigentlich irgendwelche Wetterereignisse?
    Ich hatte vor langer Zeit Ludmilla und Florian um einen Artikel zu Forbush-Events angefleht. Doch sie haben mich nicht erhoert. Forbush Events sind sind sozusagen das genaue Gegenteil des Carrington Event, ein bis zu 20% Abfall des magnetischen Feldes der Sonne wird dabei fuer fast 2 Wochen beobachtet. Ein schoener Artikel dazu setze ich hier mal auf meine Wunschliste. Grusz Georg

  6. #6 Florian Freistetter
    1. Mai 2009

    “Ich hatte vor langer Zeit Ludmilla und Florian um einen Artikel zu Forbush-Events angefleht. “

    Ups… das muss ich übersehen haben… Wann war denn das?

  7. #7 Stefan
    1. Mai 2009

    Danke für den Beitrag! Zu Carrington und den Untersuchungen der Sonnenaktivität im 19. Jahrhundert gibt’s ein interessantes Buch, Stuart Clark’s The Sun Kings.

    ob aus der Thematik am Ende nicht noch ein Hollywood-Film wird…

    In Knowing ist eine gigantische Sonneneruption der Grund für den Weltuntergang… den Plot des Films fand ich leider reichlich schwach, da rettet auch Nicolas Cage als Astrophysiker am MIT nichts mehr, in jeder Hinsicht 😉

  8. #8 Ludmila
    1. Mai 2009

    @Georg: Mea culpa maxima. Ich geb’s zu, ich hab’s verpennt. Wird aber nachgeholt.

  9. #9 Christian Reinboth
    1. Mai 2009

    @alle: Erst mal vielen Dank für die Blumen. Bei Themen außerhalb meines eigentlichen Arbeitsgebiets habe ich immer die (sicher nicht unberechtigte) Sorge, letztendlich doch irgendwas zu übersehen oder nicht up to date zu liefern. Schön zu sehen, dass es in diesem Fall offenbar geklappt hat, wenn sogar unsere SB-Astronomie-Profis einverstanden sind :-)

    @Georg: Von Forbush-Events habe ich noch nie etwas gehört und den Begriff erst einmal gegoogled. Witzigerweise findet sich Dein Kommentar inzwischen bereits auf Platz 1(!) im Google-Suchindex zu “Forbush-Events”, was einiges über das Ranking der SB aussagt… Das wenige, was ich finden konnte, machte einen sehr spannenden Eindruck, ein Artikel von Florian oder Ludmilla wäre also höchst willkommen.

    Von besonderen Wetterereignissen im Zusammenhang mit dem Carrington-Event ist mir übrigens nichts bekannt (abgesehen natürlich von den Polarlichtern). Soweit ich weiß, haben geomagnetische Stürme im Grunde keine Auswirkungen auf das Wetter:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Geomagnetic_storm

    @Stefan: Bezüglich Knowing hat mich die Realität offenbar schon überholt – aber da ich schon gut ein Jahr kein Kino mehr von innen gesehen habe… The Sun Kings steht übrigens schon seit einer ganzen Weile auf meiner Wunschliste – Carrington selbst scheint ja ein interessantes Leben voller Höhen und Tiefen durchgemacht zu haben.

  10. #10 Marcus Anhäuser
    1. Mai 2009

    @Christian
    Glückwunsch zum Artikel.
    “Bei Themen außerhalb meines eigentlichen Arbeitsgebiets habe ich immer die (sicher nicht unberechtigte) Sorge, letztendlich doch irgendwas zu übersehen oder nicht up to date zu liefern.”
    Geht uns das Journalisten nicht fast immer so 😉

  11. #11 Wolfgang Flamme
    2. Mai 2009

    Was mir allerdings nicht ganz einleuchtet: Wieso davon ausgegangen wird, daß bei so einem Ereignis elektrische Betriebsmittel in großem Umfang beschädigt werden könnten? Da sollten doch eigentlich die üblichen Schutzmaßnahmen ausreichen, um sowas zu verhindern?

  12. #12 Krishna Gans
    2. Mai 2009

    Sun Emissions of Protons and Flares since 1980
    To look for further observations to stabilise the sun made climate change during the eighties we studied by NASA published satellite measurement values. Fig 19 shows the monthly satellite-measured sums of Protons with energies higher than 10 MeV These strong “Sun Winds” started with the 22 Period 1989 with an extremely large sunspot in March and continued in October with great solar mass ejections.
    [img]

    These proton flux produced blackouts at electric power plants in the northern hemisphere and disturbed wireless contacts between earth and aeroplanes and satellites, they produced auroras and seen at the Equator. Such strong solar mass ejections occurred repeatedly during the 22 and in the 23 period until now. The NASA comments this behaviour “The Sun Goes Haywire”. One of the last great sun wind events influencing earth occurred at 15 January 2005 from a
    sunspot Nr. NOAA 720. This behaviour of the sun makes the fact plausible that terrestrial temperatures remains in tendency at a higher level than before 1988.

    Borchert
    Also, alles schon in “letzter” Zeit wieder dagewesen.

  13. #13 Krishna Gans
    2. Mai 2009
  14. #14 Christian Reinboth
    5. Mai 2009

    @Marcus Anhäuser:

    Geht uns das Journalisten nicht fast immer so 😉

    Ich muss ehrlich zugeben, darüber noch nie nachgedacht zu haben. Wäre interessant zu erfahren, wie im Wissenschaftsjournalismus mit diesem Problem umgegangen wird, vor allem bei Artikeln, die sich auf kein konkretes Projekt oder einen bestimmten Gesprächspartner beziehen, sondern sozusagen den Stand der Forschung wiedergeben sollen. Im Grunde eine wirklich spannende Frage: Bis zu welchem Detailgrad muss man recherchieren, um den Stand der Forschung hinreichend genau für welches Zielpublikum darstellen zu können?

  15. #15 Christian Reinboth
    5. Mai 2009

    @Wolfgang Flamme:

    Ich kann mich da nur an den im Artikel verlinkten NAS-Artikel anlehnen und vermute zwei Gründe. Der wichtigere scheint mir zu sein, dass ein Ereignis vergleichbar dem Carrington-Event seit dem Aufkommen bestimmter Technologien noch nicht wieder eingetreten ist, so dass die Effekte schlicht und ergreifend nicht abgeschätzt werden können und daher unklar ist, welche Schutzmaßnahmen bezahlbar und wirksam wären:

    Future Vulnerabilities

    Our knowledge and understanding of the vulnerabilities of modern technological infrastructure to severe space weather and the measures developed to mitigate those vulnerabilities are based largely on experience and knowledge gained during the past 20 or 30 years, during such episodes of severe space weather as the geomagnetic superstorms of March 1989 and October-November 2003. As severe as some of these recent events have been, the historical record reveals that space weather of even greater severity has occurred in the past—e.g., the Carrington
    event of 18591 and the great geomagnetic storm of May 1921—and suggests that such extreme events, though rare, are likely to occur again some time in the future.

    While the socioeconomic impacts of a future Carrington event are difficult to predict, it is not unreasonable to assume that an event of such magnitude would lead to much deeper and more widespread socioeconomic disruptions than occurred in 1859, when modern electricity-based technology was still in its infancy.

    Betrachtet man darüber hinaus den Impact, den wesentlich “harmlosere” Ereignisse beispielsweise auf Satelliten hatten, ist logischerweise davon auszugehen, dass ein wesentlich stärkeres Event zu durchaus gravierenden Konsequenzen führen könnte:

    One example of space weather’s impact on satellites was Telesat’s Anik experience in 1994. 9 On January 20, 1994, Telesat’s Anik E1 was disabled for about 7 hours as a result of space weather-induced static-electricity-discharge damage to its control electronics. This satellite provides communication services in Canada. During this period, the Canadian press was unable to deliver news to 100 newspapers and 450 radio stations. In addition, telephone service to 40 communities was interrupted.

    One hour after E1 recovered, Telesat’s Anik E2 went off-air. As a result, TV and data services were lost to more than 1,600 remote communities. Backup systems were also damaged, making the US$290 million satellite useless. Approximately 100,000 home satellite dish owners were required to manually re-point their dishes to E1
    and other satellites. The satellite was restored following a US$50 million-C$70 million 6-month recovery effort. The costs of interrupted services across Canada (i.e., the loss in consumer surplus to Canadians) are unknown.

    Und weiter:

    Today scientists have a better understanding of the technical causes and implications of space weather, and even of appropriate technical responses to it, than they did in the past. Knowledge of the social, institutional, and policy implications of space weather is growing but is still rudimentary. The disruption of the telegraph system in 1859 caused problems in communication, but because modern society is so dependent on large, complex, and interconnected technical systems – and because these systems not only are vital for the functioning of the economy but also are vulnerable to electromagnetic events – a contemporary repetition of the Carrington event would cause significantly more extensive (and possibly catastrophic) social and economic disruptions.

  16. #16 Christian Reinboth
    5. Mai 2009

    @Krishna Gans:

    Solar Flares sind meinem Wissenstand nach sogar ziemlich regelmäßig zu beobachten, und (wie oben schon geschrieben) an die Zyklen gebunden. Was in letzter Zeit allerdings nicht dargewesen ist, ist ein geomagnetischer Sturm vergleichbarer Intensität, dessen Ursache ja aber nicht im Flare sondern im Massenauswurf liegt – und genau das ist das Ereignis, auf das man sich (soweit überhaupt möglich) vorbereiten sollte, auch wenn momentan ja noch völlig unklar zu sein scheint, in welchen Zeitabständen mit einem solchen Event realistischerweise zu rechnen wäre…

  17. #17 Ludmila Carone
    5. Mai 2009

    @Wolfgang Flamme: Das Gefährliche an geomagnetischen Stürmen ist, dass Ströme an Stellen induziert werden, wo eigentlich überhaupt keine fließen sollten. Dementsprechend können dann auch keine Schutzmaßnahmen greifen. Wogegen denn? Gegen etwas, das normalerweise nicht da ist? Dementsprechend kann auch ein kleiner Stromfluss auf einmal verheerende Folgen haben. Das war der Grund warum es 1989 das Kraftwerk in Kanada eiskalt erwischt hat. Hätte man den Ingenieuren vor 89 gesagt, dass sie sich vor “Strömen aus dem All” wappnen sollen, hätten die einem nen Vogel gezeigt. Damals war Weltraumgeophysik – und ist es eigentlich heute noch – eine Nischensparte der Wissenschaft, von der wenig nach außen dringt.

    Inzwischen gibt es für Space weather forecast eigene Webseiten und Journale.

    Hier mal die Animation von geomagnetisch induzierten Strömen in einer finnischen Erdgaspipeline: http://aurora.fmi.fi/gic_service/images/dstl_31032001_6fps.mov

    Wenn man das bei extrem langen Pipelines nicht berücksichtigt, rosten einem die Rohre weitaus schneller durch, als sie es “normalerweise” sollten. Na, irgendjemand Bock auf ein Erdgas oder Erdöl-Leck? Wohl eher nicht.

  18. #18 Wolfgang Flamme
    7. Mai 2009

    Hallo Ludmila,

    was ich da im Detail habe herausfinden können, betraf zB, daß die Gleichstromkomponente Trafos zeitweise in die Sättigung treiben könnte. Die Folge wären Oberwellen im Netz und thermische Überlastung des Trafos.

    Gegen thermische Überlastung sind aber alle Großtrafos abgesichert, auch die Auslösekennlinie der üblichen Leistungsschalter berücksichtigen thermische und mechanische Überlastbedingungen.

    Das Gefährliche an geomagnetischen Stürmen ist, dass Ströme an Stellen induziert werden, wo eigentlich überhaupt keine fließen sollten. Dementsprechend können dann auch keine Schutzmaßnahmen greifen.

    Das finde ich unplausibel und etwas oberflächlich argumentiert. Schutzmaßnahmen lösen ja gerade aus, wenn Ströme eben nicht so fließen, wie man es im ordnungsgemäßen Betrieb erwarten sollte – sonst wären es eben keine Schutzmaßnahmen. Aber ich will mich über diesen Punkt nicht abstrakt mit Dir streiten und einfach konkret fragen:

    Welcher zerstörerische Effekt (oder welche Effekte) sind das Deiner Meinung nach, dem Großtrafos in so einer Situation ‘schutzlos’ ausgeliefert wären?

  19. #19 Wolfgang Flamme
    7. Mai 2009

    @Christian

    Es ist arg schwierig, aus der Begründung …

    (…) dass ein Ereignis vergleichbar dem Carrington-Event seit dem Aufkommen bestimmter Technologien noch nicht wieder eingetreten ist, so dass die Effekte schlicht und ergreifend nicht abgeschätzt werden können und daher unklar ist, welche Schutzmaßnahmen bezahlbar und wirksam wären

    Also egal was in diesem Zusammenhang erzählt, beschlossen oder tatsächlich umgesetzt wird, man kann einfach nicht sagen, ob es zum Guten, zum Schlechten oder völlig indifferent wirkt?

    Dann schlage ich vor, man löst alle Projekte, Untersuchungen, Kongresse etc zu diesem Thema einfach auf, wenn sie zur Verbesserung der Entscheidungslage rein gar nichts beitragen können. Nix wissen kann man auch ohne Kongreß und zumindest dieser Vorteil liegt klar der Hand: Man spart Geld.

  20. #20 Wolfgang Flamme
    8. Mai 2009

    Ups, da sind mir zu später Stunde ein paar Editierfehler unterlaufen. Der Inhalt sollte sich dennoch problemlos erschließen. Falls nicht: reverse(emmalfw)@web.de.

  21. #21 killian
    Schalkenmehren
    7. Oktober 2014

    Wie sieht es denn mit der Atomindustrie aus?
    Ist sie denn auf einen schwereren CME vorbereitet, oder welche Folgen wären dort denkbar?

  22. #22 Stefan
    16. November 2014

    Sehr guter und informativer Beitrag.
    Eines fehlt: Was passiert mit AKWs, deren Kühlung von Strom abhängt?