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Jul 24, 2023

Die Untersuchung von Sonneneruptionen, Sonnenflecken und anderen Aktivitäten kann zum Schutz der Erde beitragen

Im Jahr 1859 sorgte das Carrington-Ereignis, der stärkste geomagnetische Sturm in der aufgezeichneten Geschichte, für spektakuläre Polarlichterscheinungen rund um den Globus und erleuchtete den Nachthimmel so hell, dass Vögel zu sehen waren

Im Jahr 1859 sorgte das Carrington-Ereignis, der stärkste geomagnetische Sturm in der aufgezeichneten Geschichte, für spektakuläre Polarlichter rund um den Globus und erleuchtete den Nachthimmel so hell, dass Vögel zu singen begannen und Arbeiter sich auf den Weg zur Arbeit machten, weil sie fälschlicherweise glaubten, die Sonne sei aufgegangen. Telegrafensysteme auf der ganzen Welt, die damals für die Kommunikation unerlässlich waren, begannen zu versagen, als Brände Funken schlugen und Telegrafenmasten umstürzten, was das „viktorianische Internet“ ins Chaos stürzte. Die Ursache? Eine gewaltige Sonneneruption mit der Energie von 10 Milliarden Atombomben schleuderte elektrifiziertes Gas und subatomare Teilchen auf die Erde.

„Zum Glück haben wir seitdem nichts so Starkes mehr von der Sonne gesehen“, sagt Edward Rhodes, ein Solarexperte und Professor für Physik und Astronomie am USC Dornsife. „Aber die Sorge ist jetzt: Wird die Sonne in Zukunft ein so schwerwiegendes Ereignis auslösen, dass es Probleme verursacht, auf die wir einfach nicht vorbereitet sind? Jetzt ist alles computerisiert – das hätte natürlich große Konsequenzen.“

Rhodes, der 1978 zur USC Dornsife kam, ist ein Pionier auf dem Gebiet der Sonnenphysik, der sogenannten experimentellen Helioseismologie, die seismische Techniken nutzt – ähnlich denen, die Geophysiker bei der Erforschung der Erde einsetzen –, um die innere Struktur und Dynamik der Sonne zu erforschen.

Rhodes versucht zu verstehen, ob sich die Struktur der Sonne als Reaktion auf Veränderungen im Sonnenaktivitätszyklus verändert. Dazu untersuchen er und sein Team Sonnenflecken – planetengroße Regionen mit starken Magnetfeldern auf der Sonnenoberfläche, die dunkler erscheinen, weil sie kühler als ihre Umgebung sind.

„Wenn wir unsere Vorhersagen über Veränderungen in der Anzahl der Sonnenflecken und der Aktivität des Sonnenzyklus verbessern können, können wir möglicherweise unser Wissen über das Weltraumwetter verbessern und bestimmen, was wahrscheinlich größere Probleme auf der Erde verursachen wird und was nicht “, sagt Rhodes.

„Es gibt von Zyklus zu Zyklus immer noch große Schwankungen darin, was die Sonne zu einem bestimmten Zeitpunkt tut“, sagt er. „Indem wir Grundlagenforschung zur Sonne als Stern betreiben, um mehr darüber zu erfahren, wie sie sich verändert, können wir unsere Erkenntnisse über diese Veränderungen mit Forschungen zum Weltraumwetter verknüpfen, um festzustellen, ob ein bestimmtes Ereignis so stark sein wird wie in derselben Phase des Sterns.“ vorherigen Zyklus zum Beispiel.“

Sonnenzyklen wurden erstmals 1610 von Galileo beobachtet, der auch Sonnenflecken beobachtete, indem er sein kleines Brechungsteleskop auf eine Papier- oder Pappoberfläche richtete und beobachtete, wie sich die helle, mit dunklen Sonnenflecken gesprenkelte Sonnenscheibe darüber bewegte. Nachdem er mehrere Flecken auf der vorderen Hemisphäre der Sonne beobachtet hatte, stellte er fest, dass es sich, als einige verschwanden, nur um zwei Wochen später auf der anderen Seite der Sonne wieder aufzutauchen, um dieselben Flecken handelte – sie waren von der Erde aus einfach unsichtbar gewesen, weil sie sich auf der anderen Seite der Sonne befanden andere Seite der Sonne. Mithilfe dieser Informationen konnte Galileo dann die Rotationsgeschwindigkeit der Sonne berechnen, indem er maß, wie schnell sich diese Flecken bewegten.

Der berühmte italienische Astronom und sein Zeitgenosse, der englische Sterngucker Thomas Harriot, hatten das Glück, ihre Beobachtungen in einer Zeit maximaler Sonnenaktivität durchzuführen. Beide waren zufällig auf eine Zeitspanne von 35 Jahren gestoßen, bevor die Sonne in eine längere Periode minimaler Aktivität überging, die heute als Maunder-Minimum bekannt ist und in der zwischen 1645 und 1645 etwa 70 Jahre lang nur sehr wenige oder gar keine Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche sichtbar waren 1715.

Während dieser Zeit kühlte sich die nördliche Erdhalbkugel leicht ab. Gletscher dehnten sich aus, Flüsse froren zu und die Temperaturen in den großen Städten Nordeuropas sanken.

Rhodes und seine Studenten haben untersucht, ob die jüngsten Behauptungen, dass die Sonne auf ein weiteres Maunder-Minimum zusteuere, wahr sein könnten.

„Die Untersuchung der Sonnenzyklen zeigt, dass die Anzahl der Sonnenflecken auf der Sonne vor einigen Jahren ihren Höhepunkt erreichte“, sagt Rhodes. „Als die Sonnenzyklen schwächer wurden, begann es ein wenig wie eine Darstellung aus Sonnenflecken von Galileo und Harriot auszusehen, die in dieses Maunder-Minimum führten.“

Rhodes betreibt mit Unterstützung seiner Forschungsgruppe den Mount Wilson 60-Fuß-Solarturm, seit er 1978 zum USC Dornsife kam. Es ist eines von zwei Sonnenteleskopen am Mount Wilson und das einzige, das noch offiziell in Betrieb ist.

Kurz nachdem Rhodes am USC Dornsife angekommen war, beauftragte ihn das NASA-Hauptquartier, sich dem Team der Europäischen Weltraumorganisation anzuschließen, das die Raumsonde Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) plant. Das fertiggestellte Raumschiff, das seine Kameras 24 Stunden am Tag auf die Sonne richten konnte, ging 1996 in die Umlaufbahn. Es wurde zum Hauptinstrument des Raumfahrzeugs, bis es durch das neue 16-Millionen-Pixel-Kamerasystem an Bord des Solar Dynamics Observatory ersetzt wurde in 2010.

Rhodes und sein Team verwendeten Daten von SOHO, um Zyklus 23 zu untersuchen. Jetzt untersuchen sie die Zyklen 24 und 25 mit dem Helioseismic and Magnetic Imaging-Experiment am Solar Dynamics Observatory. Alle zwei bis drei Monate erhalten sie neue Daten, die teilweise von der Stanford University verarbeitet wurden. Die Schüler von Rhodes werden darin geschult, diese Daten zu verarbeiten, damit das Team sehen kann, wie die Signatur dieser Änderungen in den Frequenzen der Sonnenschwingungen in diesem Sonnenzyklus im Vergleich zu den beiden vorherigen aussieht.

„Im letzten Jahr oder so können wir sehen, dass die Sonne in diesem, unserem 25. Sonnenzyklus, vielleicht nicht wesentlich schwächer sein wird als im vorherigen Zyklus, wie vorhergesagt wurde“, sagt Rhodes. „Außerdem beginnt das erwartete langfristige Fehlen von Sonnenflecken möglicherweise nicht Mitte der 2030er Jahre, wie einige Experten behauptet hatten, und könnte erst Jahrhunderte in der Zukunft eintreten.“

Rhodes warnt davor, die Sonnenaktivität mit dem Klimawandel in Verbindung zu bringen oder zu dem Schluss zu kommen, dass ein neues Maunder-Minimum dazu beitragen könnte, die globale Erwärmung auszugleichen.

„Da das Maunder-Minimum auftrat, als sich das Erdklima veränderte, habe ich Angst, dass die Leute sagen würden, wenn die Sonne ein weiteres 70-jähriges Minimum an Aktivität erreichen würde: ‚Sehen Sie, wir haben Ihnen gesagt, dass die Sonne entsteht.‘ „Wenn die Erde jetzt etwas abkühlt, bedeutet das, dass in der Vergangenheit zu viel Sonnenaktivität die Erde erwärmt hat“, und das ist nicht der Fall“, sagt Rhodes.

Selbst die kleinen Änderungen in der Gesamthelligkeit der Sonne oder der gesamten Sonneneinstrahlung – der Menge an Sonnenlicht, die jede Sekunde jeden Quadratmeter an der Spitze der Erdatmosphäre erreicht – scheinen nicht auszureichen, um langfristige Unterschiede in der Erdatmosphäre zu verursachen Klima.

Überraschenderweise nimmt die gesamte Sonneneinstrahlung zu, wenn die Sonnenflecken zunehmen, was zu einer leichten Verdunkelung der Sonne führen würde. Wissenschaftler gehen davon aus, dass insgesamt der nichtfleckige Teil der Sonnenatmosphäre stärker heller wird, als die Sonnenflecken dunkler werden.

„Die Tatsache, dass es am hellsten wird, wenn es die meisten Flecken auf der Sonne gibt, und dann etwas schwächer wird, wenn es weniger gibt, würde bedeuten, dass die Sonne nur ein wenig schwächer wäre, wenn wir 70 Jahre lang nur wenige Flecken hätten.“ sagt. „Selbst ein längeres Maunder-Minimum würde die vom Menschen verursachte Erwärmung nur kurzzeitig und minimal ausgleichen, und die globalen Temperaturen würden schnell wieder ansteigen, sobald das Ereignis vorüber wäre.“

Etwa 73 % – etwa drei Viertel der Sonnenmasse – bestehen aus Wasserstoff. Der Rest, etwa 25 %, besteht hauptsächlich aus Helium, mit viel geringeren Mengen schwererer Elemente, darunter Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon und Eisen.

27M F

Die Sonnenoberfläche mag mit 10.340 Grad Fahrenheit glühend heiß sein, aber ihre äußere Atmosphäre ist 300-mal heißer. Und das ist nichts im Vergleich zur Temperatur im Sonnenkern, die etwa 27 Millionen Grad Fahrenheit beträgt – heiß genug, um die Kernfusion aufrechtzuerhalten.

432.000 Meilen

Der Radius der Sonne beträgt etwa 432.000 Meilen – das 109-fache des Erdradius –, während ihre Masse etwa 330.000-mal so groß ist wie die der Erde. Die Masse der Sonne macht etwa 99,86 % der Gesamtmasse unseres Sonnensystems aus.

Manchmal brechen Gase auf der Sonnenoberfläche aus und schießen Sonneneruptionen weit in den Weltraum. Diese Fackeln können möglicherweise Satelliten stören und den Telefon-, Satellitennavigationssystem- und Fernsehempfang stören.

1 % alle 100 Millionen Jahre

Die Sonne ist mit Abstand das hellste Objekt am Erdhimmel und etwa 13 Milliarden Mal heller als der nächsthellste Stern, Sirius. Derzeit nimmt die Helligkeit der Sonne alle 100 Millionen Jahre um etwa 1 % zu.

Ungefähr 1 Million Erden könnten in die Sonne passen.

Viele prähistorische und antike Kulturen verehrten die Sonne als Sonnengottheit. Pyramiden, Menhire und riesige Erdwälle gehören zu den beeindruckenden Bauwerken, die die alten Völker errichteten, um den Bewegungen der Sonne zu folgen.

Von Margaret Crable

Haben Sie schon einmal ein Gebäude betreten und gedacht: „Wow, dieser Ort hat eine tolle Energie“? Sie sind in guter Gesellschaft. Seit Zehntausenden von Jahren und in Kulturen auf der ganzen Welt nimmt die Menschheit fesselnde Schwingungen auf.

Für die alten Maya im Osten Mexikos, Guatemalas und Belizes war „k'uh“ die heilige, belebende Kraft, die alle Dinge durchdrang. „Diese göttliche Energie motivierte Sonne, Mond und Sterne, schenkt uns aber auch unser eigenes Leben und unsere eigene Energie“, sagt Eric Heller, Dozent für Anthropologie am USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.

Verehrte Personen wie Mitglieder königlicher Familien und Orte wie Berge, die Süßwasser liefern, könnten eine höhere Konzentration von „k'uh“ enthalten. Tatsächlich ziehen Maya-Pyramiden, die Berggipfel darstellen, und massive Steinplatten, die zu Ehren des Königshauses geschnitzt wurden, immer noch Gläubige an.

Im tibetischen Buddhismus umfasst das menschliche Leben sowohl einen physischen Körper als auch reine Energie. Die beiden sind über Räder oder „Chakren“ verbunden, die entlang des Körpers verteilt sind. Um das Erwachen zu erreichen, müssen die Chakren durch Praktiken wie Meditation, Yoga und Chanten offen gehalten werden, Praktiken, die zu dem transzendenten Zustand der Erleuchtung und absoluten Energie führen können, der als Nirvana bekannt ist.

In abrahamitischen Traditionen existiert der Glaube an rein esoterische Energie meist am Rande. Doch die Vorstellung eines von heiliger Energie durchdrungenen Raums ist den meisten Menschen mit religiösem Glauben sicherlich vertraut – und einigen auch ohne.

Wenn Sie eine Kathedrale betreten, werden Sie möglicherweise von Ehrfurcht überwältigt. Dieses Gefühl könnte auf die angesammelte Macht der Geschichte zurückzuführen sein. „Die Menschen besuchen seit tausend Jahren denselben Ort, man ist also in die Antike versunken“, sagt David Albertson von der USC Dornsife, außerordentlicher Professor für Religion.

Aber solche Orte verdanken ihre Anziehungskraft möglicherweise auch denen, die Diane Winston von der USC Annenberg School for Communication and Journalism als „spirituelle Techniker“ bezeichnet – Menschen, die wissen, wie man einen heiligen Raum schafft.

„Das könnte der Architekt einer Kathedrale oder ein Geistlicher sein, der eine Predigt hält. Es gibt viele Möglichkeiten, eine spirituelle Erfahrung zu konstruieren“, sagt Winston, Lehrstuhlinhaber für Medien und Religion am Knight Center und außerordentlicher Professor für Journalismus und Religion.

Das moderne Heilkonzept konzentriert sich ausschließlich auf Körper und Geist. In nicht-westlichen Heilpraktiken kann auch Energie geheilt werden, die sich in die Gemeinschaft, Familien und den Kosmos ausdehnt.“

Für Skeptiker dieses Energiekonzepts könnte es interessant sein, zu erfahren, dass es einige überzeugende Parallelen zwischen volkstümlichen Vorstellungen von Energie und aufkommenden wissenschaftlichen Theorien rund um die Natur unserer Realität gibt.

Basierend auf dem östlichen Glauben, dass Lebensenergie durch unseren Körper fließt, ist die japanische Reiki-Praxis eine Heiltechnik, von der angenommen wird, dass sie durch die Übertragung universeller Energie Stress reduziert und Entspannung fördert. Praktiker behaupten sogar, dass dies aus der Ferne möglich sei.

„Das moderne Heilkonzept konzentriert sich ausschließlich auf Körper und Geist. In nicht-westlichen Heilpraktiken kann auch Energie geheilt werden, die sich in die Gemeinschaft, Familien und den Kosmos ausdehnt“, sagt Thomas Ward, außerordentlicher Professor (Lehre) für Anthropologie.

Obwohl medizinische Studien die Echtheit der Heilkräfte von Reiki nicht bestätigt haben, ist die zugrunde liegende Philosophie möglicherweise nicht völlig falsch.

Letztes Jahr wurde der Nobelpreis für Physik an ein Trio von Wissenschaftlern für Experimente verliehen, die die Realität des Universums, wie wir es kennen, auf den Kopf stellten und ein tiefes Geheimnis im Herzen der Realität ans Licht brachten. Ihre Experimente konzentrierten sich auf Quantenteilchen, die kleinsten physikalischen Teilchen im Universum. Ihre Ergebnisse zeigen, dass diese Partikel, wenn sie sich einmal berührt haben, auch nach der Trennung weiterhin eine Wirkung aufeinander haben.

Wenn sich diese Theorie als richtig erweist – und angesichts der Tatsache, dass die meisten Elemente unseres Körpers im Laufe von Milliarden von Jahren in alten Sternen entstanden sind –, scheint die spirituelle Idee, dass Leben über Entfernungen oder sogar Zeit hinweg verbunden sein könnte, vielleicht nicht ganz so weit hergeholt , Ward stellt fest. Vielleicht haben Reiki-Praktizierende und andere Befürworter einer vernetzten und kosmischen Energie tatsächlich eine subtile Wahrheit erkannt, die im Gefüge unseres Universums brummt.

Von Margaret Crable

Ungefähr ein Dutzend Mal im Jahr werden die Bewohner Südkaliforniens von seltsamen Böen heimgesucht, die so stark sind, dass sie Bäume entwurzeln und Dachschindeln durch die Luft fliegen lassen. Sie sind als Santa-Ana-Winde bekannt und können Geschwindigkeiten von bis zu 100 Meilen pro Stunde erreichen. Sie entstehen, wenn heiße Wüstenluft mit hohem Druck aus dem Osten auf kühlere Luft von der Küste trifft.

Diese Winde sind nur ein Ausdruck der enormen natürlichen Energie, die uns umgibt. Mount Shasta nahe der Nordspitze des Staates ist ein aktiver Vulkan. Die berüchtigte San-Andreas-Verwerfung, die sich über 750 Meilen durch Kalifornien erstreckt, hat das Potenzial, ein Erdbeben der Stärke 8,0 auszulösen.

Das Universum um uns herum ist nicht friedlicher. Jedes Jahr explodieren Sterne am Himmel mit der Wucht unzähliger Atombomben. Sogar der ruhige Mond bebt.

Unser Planet ist bis in seinen geschmolzenen Kern energiereich, und John Vidale, Professor für Geowissenschaften am Dekanat, ehemaliger Direktor des Southern California Earthquake Center am USC Dornsife, hat kürzlich herausgefunden, dass sich die Rotationsgeschwindigkeit etwa alle sechs Jahre ändern kann. Wenn sich die Bewegung ändert, verlängern oder verkürzen sich unsere Tage aufgrund der Energie, die zwischen dem festen inneren Kern und dem darüber liegenden felsigen Mantel hin und her fließt.

Oberhalb des Erdkerns sind die tektonischen Platten der Erdkruste in ständiger Bewegung. Ihre subtile Verschiebung erzeugt Reibung, wenn die Platten aneinander reiben. Der größte Teil dieser gespeicherten Energie wird durch Erdwärme freigesetzt, manchmal kommt es jedoch zu Erdbeben, die verheerend stark sein können. Die jüngsten tödlichen Erdbeben in der Türkei und in Syrien haben die Energie freigesetzt, die der Energie von 8 Millionen Tonnen detoniertem TNT entspricht.

In Kalifornien sind Erdbeben nicht die einzige unvorhersehbare Energiequelle. Jedes Jahr wüten Waldbrände mit großer Heftigkeit über das Land. Sie können Temperaturen von 2.000 Grad Fahrenheit erreichen – ein Fünftel der Hitze der Sonnenoberfläche. Da sich die Dürreperioden aufgrund des Klimawandels verlängern, werden die Brände immer größer.

„Im Jahr 2020 haben Brände in Kalifornien mehr als 4 Millionen Hektar verbrannt und einen neuen Begriff hervorgebracht: ‚Gigafire‘, ein Flächenbrand, der mehr als 1 Million Hektar verbrennt“, sagt William Deverell, Professor für Geschichte, Raumwissenschaften und Umweltstudien. Rauch von Waldbränden hat kürzlich eine andere Form unserer natürlichen Energie beeinträchtigt: Die Solarenergieproduktion in Kalifornien brach während der wütenden Feuersaison 2020 aufgrund des rauchigen Himmels ein.

Im Jahr 2020 haben Brände in Kalifornien mehr als 4 Millionen Hektar verbrannt und einen neuen Begriff hervorgebracht: „Gigafire“, ein Flächenbrand, der mehr als 1 Million Hektar verbrennt.“

Draußen in der Galaxie bietet die Energie eine noch größere Show. „Mondbeben“ bringen unseren Mond regelmäßig ins Wanken, wenn Meteoriten einschlagen und ihn erschüttern, während die Anziehungskraft der Erde sein Inneres zusammendrückt und die Oberfläche verbeult. Sterbende Sterne, Supernovae genannt, explodieren mit einer Kraft, die eine Oktillion (eine Milliarde, Milliarde, Milliarde) Mal stärker ist als unsere größten Atombomben. Und Schwarze Löcher üben eine so starke Anziehungskraft aus, dass nicht einmal Licht entkommen kann.

Da draußen gibt es noch eine andere, seltsamere Energie: dunkle Energie. Noch nicht vollständig verstanden, ist es der Name, den wir der Kraft geben, die hinter der beschleunigten Expansion des Universums steckt. Wenn diese Expansion unvermindert anhält, könnte es laut einigen Wissenschaftlern zum ultimativen energetischen Showdown kommen.

„Es könnte dazu führen, dass unser Universum auseinandergerissen wird“, sagt Kris Pardo vom USC Dornsife, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie.

Wir haben jedoch etwas Zeit, uns vorzubereiten. Selbst in einem der Worst-Case-Szenarien rechnen Wissenschaftler erst in 22 Milliarden Jahren mit dem „großen Riss“ (falls er überhaupt eintritt).

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