Quadrupol-Struktur: Bringt die Sonne die nächste eiszeit?

[RaAkAshAriel]

Das Magnetfeld der Sonne kehrt sich um. Das ist eigentlich normal – doch diesmal entstehen möglicherweise vier Pole. Dieses Phänomen könnte Ursache der Kleinen Eiszeit gewesen sein, vermuten japanische Forscher.

„Am dreißigsten Mai ist der Weltuntergang. Wir leben nicht mehr lang“. Mit dem Gassenhauer reagierte 1954 das damals populäre Golgowsky-Quartett auf eine Weltuntergangs-Prophezeiung des schottischen „Pyramidologen“ David Davidson. Er hatte anhand von Zahlenspielen, die auf den Abmessungen der Kammern und Korridore der Cheops-Pyramide beruhten, den bevorstehenden Weltuntergang verkündet.

Auch als sich 1910 der Halleysche Komet der Erde näherte, fürchteten viele Menschen eine Apokalypse. Himmelsforscher hatten in den Gasen, die seinem Kern entströmten, den Stoff Dicyan entdeckt. Wenn der Kometenschweif die Erde berühre, warnte der französische Astronom Camille Flammarion, werde das der Blausäure ähnliche Gift die Atmosphäre verseuchen und womöglich alles Leben auf dem Planeten ersticken. Rasch hatten Quacksalber Konjunktur, die Pillen gegen das „Kometengift“, Kometen-Schirme und Gasmasken anboten.

Jetzt ist es wieder so weit. Diesmal leiten die Untergangspropheten die Gefahr vom Maya-Kalender ab, der im Dezember dieses Jahres endet. Mit ihm, glauben sie, ende auch die Welt. Anders als beim Schweifstern von 1910 können sie aber keinen physikalischen Mechanismus benennen, der sie in den Orkus reißen soll.

Merkwürdige Vorgänge auf der Sonne

Da fügte es sich, dass japanische Forscher eigenartige Vorgänge auf der Sonne bemerkten. Anhand von Daten der Forschungssonde „Hinode“ fanden sie heraus, dass sich das Magnetfeld der Sonne in ungewöhnlicher Weise verändert. Nun hatten die Katastrophiker eine vermeintliche Ursache für den Weltuntergang an der Hand. Düster schrieb einer von ihnen im „Mayan Prophecy Blog“: „Durch das Sammeln aller Informationen aus vielfältigen Quellen, indem ich meiner Intuition folge und die Zeichen sowie Synchronizitäten bezüglich des Datums von 2012 lese, spüre ich, dass der Prozess bereits begann. Diese Umwälzung könnte auch erst in einigen Jahren vollendet sein.“ Zu den Zeichen zählt er die Veränderungen auf der Sonne, die auf der Erde eiszeitähnliche Zustände auslösen sollen.

Tatsächlich beobachtete eine Forschergruppe um den Astrophysikprofessor Saku Tsuneta vom Nationalobservatorium Japans mit den Messinstrumenten an Bord von Hinode seit 2008 in monatlichen Abständen die magnetischen Pole der Sonne. Dabei zeigte sich, dass der magnetische Fluss, der ein Maß für die Stärke eines Magnetfeldes ist, in der Region des solaren Nordpols beständig abnahm und sich auch weiterhin abschwächt.
Dies ist zunächst nichts Ungewöhnliches. Ungefähr alle elf Jahre, dem elfjährigen Sonnenzyklus folgend – er wird nach seinem Entdecker, dem Dessauer Apotheker und Amateurastronomen Heinrich Schwabe, auch Schwabe-Zyklus genannt –, wechselt das solare Magnetfeld seine Polarität: Der Nord- wird zum Südpol und umgekehrt. Der Prozess lässt sich mit einem Stabmagneten vergleichen, der langsam sein Magnetfeld verliert und es in umgekehrter Richtung wieder aufbaut.

Auf der Sonne verläuft der Prozess natürlich ungleich komplizierter. Sie ist eben kein einfacher Stabmagnet, sondern ein brodelnder Gasball, dessen Materie als Plasma vorliegt. Durch Hitze und Druck wurden den Atomkernen darin die Elektronen der Atomhüllen entrissen, so dass die Materie elektrisch leitend ist. Im Sonneninnern bildet das Plasma den „solaren Dynamo“. Es handelt sich dabei um eine rund 61 000 Kilometer dicke Gasschicht, die im Sonneninnern in 216 000 Kilometer Tiefe rotiert. Sie ändert fortlaufend ihre Umdrehungsrate, was zu Turbulenzen und chaotischen Strömungen führt. Der Dynamo erzeugt das solare Magnetfeld, das seinerseits die auf der Sonne sichtbaren Phänomene wie Sonnenflecken oder Protuberanzen hervorruft. In den Flecken kühlt sich die Materie von der normalen Oberflächentemperatur von 5500 Grad Celsius auf 3000 Grad ab (deshalb erscheinen sie dunkel). Die feurigen Bögen der Protuberanzen stehen oft monatelang mehr als 100 000 Kilometer über der Sonne. Zudem weist unser Zentralgestirn eine „differenzielle Rotation“ auf: Es dreht sich am Äquator schneller als an den Polen.

Durch diese turbulenten Prozesse bildet sich auf unserem Zentralgestirn keine reine Dipol-Struktur wie beim Stabmagneten aus, sondern es entstehen viele magnetische Pole. „Sie überlagern den Dipol. Dieser sinkt im Verlauf des Sonnenzyklus in sich zusammen und wechselt das Vorzeichen. Die anderen Multipol-Elemente bleiben aber, wie sie waren, und sie können sich verstärken oder abschwächen“, erklärt der Physiker Bernd Inhester vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPIS) im niedersächsischen Katlenburg-Lindau. „Ab einem gewissen Zeitpunkt versinkt der Dipol sozusagen im Sumpf der anderen Elemente, bis er auf der anderen Seite wieder auftaucht.“

Erwartete Polumkehr: Mai 2013

Normalerweise vollzieht sich die Polumkehr während des Aktivitätsmaximums eines Sonnenzyklus. Beim aktuellen Zyklus – es ist der 24. seit Beginn der offiziellen Zählung – wäre dies für Mai 2013 zu erwarten. Doch offenbar geschieht es nun deutlich früher als gedacht. „Der magnetische Fluss in der Nordpol-Region nähert sich dem Wert null. Die Feldumkehr dort dürfte in schätzungsweise einem Monat vollendet sein, also ein Jahr vor dem normalen Zeitpunkt“, verlautbaren die Hinode-Forscher. „Im Gegensatz dazu bleibt der magnetische Fluss in der Südpol-Region sehr stabil und hält seine Polarität aufrecht.“

Eine zweite Studie, durchgeführt von Forschern der US-Raumfahrtbehörde Nasa, kommt zum gleichen Resultat. Ihre Autoren maßen mit dem Satelliten SOHO die von der Sonnenatmosphäre über den Polen ausgesandte Mikrowellenstrahlung, die ebenfalls auf die magnetische Aktivität an der Oberfläche schließen lässt. „Im Moment haben wir ein Ungleichgewicht zwischen dem Nord- und dem Südpol“, konstatiert der Studien-Mitautor Jonathan Cirtain vom Marshall Space Flight Center der Nasa in Huntsville (US-Staat Alabama). „Der Norden befindet sich bereits im Übergang. Er ist dem Südpol weit voraus, und wir verstehen nicht warum.“ Jedenfalls widerspreche die Asymmetrie den bisherigen Modellen der Sonne, die einen gleichzeitigen Übergang erkennen lassen.

Der überraschende Schluss der japanischen Forscher

Aus diesen Beobachtungen zieht die Hinode-Forschergruppe einen überraschenden Schluss: Aufgrund der asymmetrischen Polumkehr von Zyklus 24 werde sich nicht wieder die gewohnte Dipol-Struktur des solaren Magnetfelds ausbilden. Vielmehr könnten in der Nähe des Sonnenäquators zwei zusätzliche Magnetpole entstehen. Auf unserem Zentralgestirn würde dann eine so genannte Quadrupol-Struktur entstehen. Daraus könne ein schwächeres Magnetfeld resultieren – und damit eine insgesamt viel niedrigere Sonnenaktivität.

Auf einen generellen Rückgang der solaren Aktivität deutete bereits das ausgedehnte Minimum des Zyklus 23 hin, das die Sonne im Frühjahr 2007 erreichte. Regulär hätte der folgende Zyklus 24 im Dezember 2008 beginnen sollen. Tatsächlich startete er erst im Herbst 2009. Zugleich verharrte die Zahl der Sonnenflecken – sie ist ebenfalls ein Maß für die magnetische Aktivität der Sonne – auf einem Tiefpunkt. Im Jahr 2008 gab es 266 fleckenfreie Tage, 2009 waren es 260 Tage. Seit 1849 hatte es nur drei Jahre mit noch längeren Perioden ohne einen einzigen Sonnenfleck gegeben.

Mit der Quadrupol-Struktur, fürchten die japanischen Sonnenforscher nun, falle unser Tagesgestirn wieder in einen Zustand, wie er während der Kleinen Eiszeit herrschte. Diese Periode, die vom Anfang des 15. bis ins 19. Jahrhundert währte, war charakterisiert durch bitterkalte Winter und feuchte, kühle Sommer, in denen der Weizen auf den Halmen verfaulte. Die sinkenden Ernten zogen Hungersnöte nach sich. Zweimal sanken die Temperaturen besonders tief: im Maunder-Minimum, das von 1645 bis 1715 anhielt, sowie im Dalton-Minimum von 1790 bis 1830 (benannt nach dem britischen Meteorologen John Dalton und seinem Landsmann Edward Maunder, einem Astronomen). In diesen Phasen froren winters in Holland regelmäßig die Grachten sowie in England die Themse zu, und mindestens zweimal türmte sich auf der gesamten Ostsee das Eis.

Im Maunder-Minimum blieb die Zahl der Sonnenflecken 30 Jahre lang auf einem Tiefpunkt. Nur 50 davon waren in dieser Periode zu sehen, dabei hätten mehrere Tausende auftauchen müssen. Insgesamt gab es in jener Zeit 3579 fleckenlose Tage in Folge. Im Jahr 1815 detonierte zudem der indonesische Vulkan Tambora. Die in der gewaltigen Eruption empor geschleuderte Aschewolke kühlte die sowieso schon im Dalton-Minimum steckende Erde weiter ab. Das Folgejahr 1816 ging als „Jahr ohne Sommer“ in die Geschichte ein.

Vielleicht verursachte ein „großes Minimum“ die letzte Eiszeit

Ursache der Kleinen Eiszeit, glauben manche Forscher, könnte ein „großes Minimum“ der Sonnenaktivität gewesen sein. Neben dem elfjährigen so genannten Schwabe-Zyklus gibt es nämlich weitere Schwankungen mit Perioden von rund 85 (Gleissberg-Zyklus) sowie 210 Jahren. Sie können sich überlagern, wobei dies die Sonnenaktivität verstärkt oder abschwächt. Im ersteren Fall brodelt es auf unserem Tagesgestirn über mehrere Schwabe-Zyklen hinweg gewaltig, die Sonnenphysiker sprechen von einem „großen Maximum“. Mit der Aktivität sinkt oder steigt auch die von der Sonne abgestrahlte Energie, deshalb wird es auf der Erde entsprechend kälter oder wärmer. Dabei kann die Erdtemperatur um bis zu 0,3 Grad Celsius schwanken. Dann wäre zumindest ein Teil der globalen Erwärmung im 20. Jahrhundert von etwa einem Grad der Sonne zuzuschreiben.

Zuletzt durchlief die Sonne in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts ein großes Maximum, mit Gipfelpunkten in den 50er- und späten 80er-Jahren. Um 2000 aber begann laut dem niederländischen Astrophysiker Cornelis de Jager ein Übergang zu einer Phase verringerter Aktivität, die in ein großes Minimum münden könnte. Das auf den Zyklus 24 folgende Minimum, glaubt de Jager, halte ein bis zwei Gleissberg-Zyklen an, also mindestens 60 bis 100 Jahre, und gleiche den Klimaschwingungen in der Kleinen Eiszeit. Diese Periode könnte so stark negativ ausfallen wie das Dalton-Minimum. De Jagers belgischer Kollege Dirk Callebaut von der Universität Antwerpen prognostiziert ein tiefes solares Minimum für den Zyklus 26, also zur Mitte des Jahrhunderts.

Andere Forscher halten die Ergebnisse der Japaner für überinterpretiert

Der MPIS-Forscher Inhester zweifelt an derartigen Prognosen. „Im großen Ganzen verhält sich die Sonne normal, kleine Abweichungen kann es aber immer geben“, urteilt Inhester. „Persönlich habe ich keine Sorge, dass nun große Konsequenzen zu erwarten sind, und die Vermutung einer Rückwirkung auf das Klima ist extrem gewagt.“ Tatsächlich deuten neuere Studien darauf hin, dass die Kleine Eiszeit eher eine Folge mächtiger Vulkaneruptionen war, darunter die des indonesischen Tambora im Jahr 1815. „Die Kleine Eiszeit war nicht durchgängig kalt, sondern charakterisiert durch heftige Temperaturschwankungen. Auch ist nicht klar, ob es sich nur um ein spezielles Klimaphänomen auf der Nordhalbkugel der Erde handelt“, so Inhester. Überhaupt seien die auf der Sonne ablaufenden Prozesse noch viel zu wenig verstanden, um belastbare Prognosen zu erstellen.
So dürfte es auch mit dem seltsamen Quadrupol gehen wie 1910 mit dem Halleyschen Kometen. Er flog einfach vorbei, und die Erde drehte sich weiter. Entsprechend endet auch das Lied des Golgowsky-Quartett über den drohenden Weltuntergang am 30. Mai: „Doch keiner weiß, in welchem Jahr, und das ist wunderbar“.

TEIL 1
TEIL 2
TEIL 3