Sonne: Neuer Hinweis auf Superflares

Die Sonne ist zu Großem fähig. In gewaltigen Ausbrüchen schleudert sie immer wieder Teilchen und Strahlung ins All. Für technische Infrastruktur auf der Erde kann das solare Bombardement gefährlich sein: Beispielsweise können Satelliten und Transformatoren in Umspannwerken Schaden nehmen. Eine eindrucksvolle Kostprobe ihrer Fähigkeiten bot die Sonne im Jahr 1859. Der Sonnensturm, der beim sogenannten Carrington-Ereignis auf die Erde traf, war so stark, dass Polarlichter bis in die Karibik zu sehen waren und die Empfängereinheiten in Telegrafenämtern Funken sprühten.

Doch kann die Sonne noch mehr? Kann sie noch heftiger toben und sogenannte Superflares erzeugen? Das sind Strahlungsausbrüche, die mehr Energie freisetzen als Billionen Wasserstoffbomben und bisher direkt nur auf fernen Sternen beobachtet wurden. Dieser Frage gehen Forschende des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) und der University of Colorado in ihrer aktuellen Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Philosophical Transactions of the Royal Society A nach – und finden einen weiteren Hinweis auf das eruptive Können unseres Sterns.

Blick auf ferne Sterne und in die Vergangenheit

Die Energiemenge, welche die Sonne bei einem Flare freisetzt, lässt sich nur außerhalb der Erdatmosphäre direkt messen oder indirekt aus Daten und Aufnahmen von Raumsonden ermitteln. Beides ist erst seit Beginn des Weltraumzeitalters vor etwa 70 Jahren möglich. Seitdem hat es keinen Superflare gegeben. Doch dieser Zeitraum ist bloß ein Wimpernschlag im Leben unseres 4,6 Milliarden Jahre alten Sterns. „Einiges spricht dafür, dass auch die Sonne in großen Abständen Superflares erzeugen kann. Einen direkten Beweis gibt es allerdings nicht“, erklärt MPS-Wissenschaftlerin Natalie Krivova, Erstautorin der neuen Studie.

Solche Hinweise liefert etwa ein Blick auf die viele tausende Sterne umfassende „Peer-Group“ der Sonne. Ende 2024 konnten Forschende des MPS zeigen, dass es auf Sternen, die der Sonne in entscheidenden Eigenschaften ähneln, etwa einmal im Jahrhundert zu einem Superflare kommt. Auch natürliche Archive solarer Aktivität sprechen für das stürmische Temperament unseres Sterns: Vereinzelte, kurzzeitige und außergewöhnlich starke Anstiege der Konzentrationen radioaktiver Isotope in historischen Baumstämmen oder in den Bohrkernen aus dem ewigen Eis der Arktis deuten darauf hin, dass die Erde in der Vergangenheit immer wieder dem besonders starken Beschuss hochenergetischer Sonnenteilchen ausgesetzt war. Ob die extremen Teilchenausbrüche mit Superflares einhergingen, ist unklar. Ein Flare selbst, egal wie stark, hinterlässt keine langfristigen Spuren. 
„Nach derzeitigem Forschungsstand treten extreme Teilchenausbrüche und besonders heftige Strahlungsausbrüche oft, aber nicht immer gemeinsam auf“, erläutert MPS-Forscher Valeriy Vasilyev. Er ist Erstautor eines Übersichtsartikels zu diesem Thema, der aktuell ebenfalls in der Zeitschrift Philosophical Transactions of the Royal Society A erscheint.

Aussichtsreicher Ausreißer

In ihrer neuen Veröffentlichung gingen die Forschenden um Natalie Krivova nun einen neuen Weg, das Wutpotential der Sonne auszuloten. Dabei werteten sie Messdaten aus, welche die NASA-Raumsonde Solar Dynamics Observatory von 2010 bis 2016 aufgenommen hatte. Das Team setzte die freigesetzte Energiemenge der 300 stärksten Flares in diesem Zeitraum in Beziehung zur Größe der dazugehörigen aktiven Region auf der sichtbaren Oberfläche der Sonne. Dies sind Gebiete, in der das Magnetfeld besonders stark und komplex strukturiert ist. Aktive Regionen gehen mit Sonnenflecken, dunklen Bereichen auf der Sonnenoberfläche, einher und gelten als mögliche Ausgangsorte für Eruptionen.

„Natürlich wussten wir, dass es im Beobachtungszeitraum zu keinem Superflare gekommen war“, erklärt Krivova. „Aber die statistische Beziehung, die wir zwischen freigesetzter Energie und Größe der aktiven Region gefunden haben, dürfte sich zu stärkeren Ereignissen hin fortsetzen lassen“, fügt sie hinzu.

In einem zweiten Schritt wandten sich die Forschenden den größten, bekannten Sonnenflecken zu, die unseren Stern bisher überzogen haben. „Sonnenflecken werden schon seit etwa 400 Jahren systematisch und regelmäßig erfasst“, so MPS-Wissenschaftler Theodosios Chatzistergos, Koautor der neuen Studie. „Sie bieten uns eine weitere Möglichkeit, in die Geschichte unseres Sterns zu schauen“, fügt er hinzu. Aus der Größe des Sonnenflecks konnten die Forschende auf die Größe der dazugehörigen aktiven Region schließen – und so auf die Stärke einer möglichen Eruption. Dabei interessieren sich vor allem für die seltenen Ausreißer mit besonders hoher Energie.

Einer der größten Sonnenflecken, den die Sonne seit Beginn systematischer Sonnenbeobachtungen gezeigt hat, war der große Sonnenfleck vom April 1947. Er überdeckte etwa 0,6 Prozent der sichtbaren Sonnenscheibe; sein Durchmesser war etwa 40-mal so groß wie der der Erde. Einen Superflare gab es damals nicht. Aber die neue Studie beweist, dass ein Sonnenfleck dieser Größe in statistisch selten Fällen einen Superflare auslösen kann. „Unsere Sonne hat Superflare-Potential. Sie kann gewaltige Sonnenflecken erzeugen, die im Prinzip Ausgangspunkt extremster Strahlungsausbrüche sein können“, so Krivova. 

Ob es einen solchen Superflare auf der Sonne tatsächlich gegeben hat? Das bleibt weiterhin ein Geheimnis unseres Sterns.