Neue Modelle versprechen genaue Weltraumwettervorhersagen für die Zukunft
Die Sonne emittiert kontinuierlich einen endlosen Strom von Plasma oder geladenen Teilchen in den Weltraum, zusammen mit Licht. Dieser Sonnenwind interagiert mit dem Magnetfeld der Erde und verursacht Weltraumstürme. „Genauso wie wir uns mit extremen Wetterereignissen auf der Erde beschäftigen, machen wir uns auch zunehmend Sorgen über extreme Wetterereignisse im Weltraum“, erklärt PRESTISSIMO-Projektkoordinatorin Minna Palmroth von der Universität Helsinki in Finnland. „Die Anzahl der Satellitenstarts hat in den letzten Jahren exponentiell zugenommen. Ähnlich wie die Betreiber von Schiffen über die Wetterbedingungen auf See Bescheid wissen müssen, müssen auch die Betreiber von Satelliten über das Weltraumwetter Bescheid wissen, um ihre Anlagen zu schützen.“ Unsere Gesellschaft ist zunehmend von der Weltraumtechnologie abhängig und damit auch anfälliger für Weltraumwetter, das in 100 km und mehr über dem Boden stattfindet. Sämtliche Funksignale, die von Flugzeugen, Satelliten, Mobiltelefonen, Radarsystemen usw. verwendet werden, können durch Weltraumstürme beeinträchtigt werden.
Vorhersage des Weltraumwetters
Ungeachtet des wachsenden Einflusses des Weltraumwetters auf unser Leben ist unser Wissen darüber, was oberhalb unserer Atmosphäre geschieht, bisher begrenzt. Das terrestrische Wetter, das sich in einer etwa 10 km dicken Schicht um unseren Planeten abspielt, wird von Millionen Wetterstationen und -geräten überwacht. Eine solche Abdeckung gibt es nicht für das Weltraumwetter, das einen millionenfach größeren Raum einnimmt. Aus diesem Grund hat sich die Erstellung eines genauen Bildes des Weltraumwetters auf Computermodelle verlassen. „Anfang der 2000er Jahre war ich als Postdoktorandin frustriert darüber, dass selbst die modernsten Modellierungen nicht so genau waren“, bemerkt Palmroth. „Wir konnten zeigen, wie das Magnetfeld des Planeten den Sonnenwindstrom an uns vorbeileitet, ähnlich wie ein Felsen das Wasser in einem Fluss umleitet, aber viele grundlegende Fragen konnten wir noch nicht beantworten.“ Im Jahr 2007 erhielt Palmroth eine Finanzhilfe des Europäischen Forschungsrates (ERC), um ein neues, innovatives Modellierungswerkzeug zu entwickeln. Daraus entstand der Vlasiator-Simulator, der im Vorgriff auf die Rechenleistung moderner Supercomputer entwickelt wurde.
Multidimensionaler Raum
Die erste Version des Vlasiators wurde im Jahr 2012 fertiggestellt. Das 2016 lancierte und ebenfalls vom ERC finanzierte Projekt PRESTISSIMO sollte die Kapazität dieses Modellierungstools weiter erhöhen, um die Dynamik des Weltraumwetters besser zu visualisieren. Das Ergebnis ist, dass Vlasiator jetzt nicht nur in der Lage ist, die Position von Partikeln zu bestimmen, sondern auch deren Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung durch den dreidimensionalen Raum aufzuzeichnen. Diese Genauigkeit ermöglichte es Palmroth, komplexe Phänomene des Weltraumwetters umfassend zu untersuchen. Dazu zählt der Magnetschweif, der durch das Magnetfeld auf der dunklen Seite der Erde erzeugt wird. Dieser löst sich etwa einmal pro Tag und schwebt in den Weltraum hinaus. Die Dynamik, aufgrund derer der Magnetschwanz bricht, ist seit einem halben Jahrhundert eine Quelle akademischer Kontroversen. „Dank unseres Modells waren wir in der Lage, genau zu erklären, warum dies geschieht“, fügt Palmroth hinzu. Die Antwort auf diese Frage wird allerdings noch etwas auf sich warten lassen, da die Ergebnisse erst in einer von Fachleuten begutachteten Zeitschrift veröffentlicht werden müssen.
Präzise Satellitenmodellierung
Eine präzise Modellierung des Weltraumwetters wird für die vielen Branchen, die in irgendeiner Weise von Satelliten und Funkwellen abhängig sind, von großem Nutzen sein. Diese Fortschritte werden auch unser Verständnis des Universums erweitern. Palmroth sagt voraus, dass viele der Prozesse, die derzeit modelliert werden, auch für andere Planeten und sogar Sterne gelten könnten. „Der Modellsimulator ist jetzt fertig“, sagt Palmroth. „Für die Wissenschaft könnte dies möglicherweise bahnbrechend sein.“
Schlüsselbegriffe
PRESTISSIMO, Weltraum, Satelliten, Radio, Solar, Vlasiator, Wetter, Sonne, Erde