Der Supersturm im Mai 2024 wurde durch Sonneneruptionen ausgelöst, doch Messungen von Arase zeigen, dass die obere Atmosphäre der Erde mehr als 85 % der energiereichen Ionen lieferte, die Arase im Ringstrom des Sturms maß.
Was Arase herausfand
Mehrere Sonneneruptionen schickten Wolken aus magnetisiertem Plasma in Richtung Erde. Die Wolken vereinigten sich auf ihrem Weg und trafen am 10. und 11. Mai auf die Magnetosphäre, was einen G5-Sturm auslöste. Der SYM-H-Index sank auf −518 Nanotesla, den zweitniedrigsten Wert seit Beginn der Messungen im Jahr 1981.
Der Ringstrom ist ein Gürtel aus geladenen Teilchen, die rund um die Erde gefangen sind. Vor diesem Ereignis hatten Forschende ihn während eines Supersturms dieser Stärke noch nicht direkt gemessen. Arase erfasste Ionen im Energiebereich von 9,6–184,2 keV und stellte fest, dass mehr als 85 % von der Erde stammten, insbesondere schwere Ionen wie Sauerstoffionen. Ionen des Sonnenwinds trugen nur wenig zur Energiedichte des Ringstroms bei.
Die Erde lieferte Teilchen, nicht Energie
Die Sonne blieb der Antrieb des Sturms. Die Ergebnisse zeigen vielmehr, dass die Atmosphäre der Erde einen Großteil des Materials lieferte, aus dem der Ringstrom bestand. Der Einfluss der Sonne kann die Magnetosphäre und die obere Atmosphäre stören und so dazu beitragen, dass Ionen nach oben entweichen und sich durch den erdnahen Weltraum bewegen. Wie sie diesen Weg zurücklegen, muss noch untersucht werden.
Forschende setzen sich für FACTORS ein, ein vorgeschlagenes japanisches Missionskonzept mit zwei Satelliten, das untersuchen soll, wie atmosphärische Ionen in die Magnetosphäre gelangen. Die Mission wurde weder gestartet noch genehmigt.
Warum schwere Ionen eine Rolle spielen könnten
Sauerstoffionen sind viel schwerer als die häufigsten Ionen des Sonnenwinds. Forschende berichten, dass der extrem intensive Ringstrom ungewöhnlich nahe an die Erde heranreichte, das lokale Magnetfeld stark verzerrte und Elektronen aus den Strahlungsgürteln nach außen trieb, wodurch diese zum Verlust von Elektronen im erdnahen Weltraum beitrugen. Sie vermuten, dass schwere Ionen irdischen Ursprungs dazu beigetragen haben könnten, die Störung zu verstärken; die Messungen zeigen jedoch nicht, dass die Zusammensetzung der Ionen ihre alleinige Ursache war.
Extreme Stürme können Raumfahrzeuge gefährden, Positionsbestimmung und Kommunikation beeinträchtigen sowie schädliche Ströme in Stromversorgungssystemen induzieren. Eine genauere Berücksichtigung der Ionosphäre könnte Modellen dabei helfen, abzuschätzen, wie sich ein Sturm entwickelt und wo seine Auswirkungen am stärksten sein werden.
Was Forschende noch überprüfen müssen
Forschende müssen dieses Ereignis mit anderen Stürmen vergleichen, die Wege der Ionen nachvollziehen und prüfen, wie gut Modelle den beobachteten Ringstrom wiedergeben. Dies war ein seltener Supersturm und kein Beweis dafür, dass Ionen irdischen Ursprungs bei jedem Extremereignis überwiegen. Die Vorhersage von Sonneneruptionen reicht möglicherweise nicht aus; Forschende müssen womöglich auch verstehen, wie die obere Atmosphäre der Erde darauf reagiert.