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Das Weltraumwetter wird hauptsächlich von der Sonne bestimmt. Zwar geht es bei dem Begriff auch um kosmische Strahlung aus den Tiefen des Alls, wichtiger ist für uns jedoch die Aktivität der Sonne. Wie dem Wetter auf der Erde sind wir auch ihrem Einfluss ausgesetzt.
Zum Beispiel wehen beständig unterschiedlich starke Sonnenwinde. Das sind elektrisch geladene Gasteilchen, die von der Sonne wegströmen. Schneller und viel stärker sind jedoch sogenannte „koronale Massenauswürfe“, eine extreme Form des Sonnenwinds. Mit großer Kraft werden hierbei Materie, aber auch Magnetfelder, von der Sonne weggeschleudert – wie bei einem Vulkanausbruch.
Nur ein kleiner Teil der koronalen Massenauswürfe trifft die Erde. Im schönsten Fall verursachen sie dann die schillernden Polarlichter. Im schlimmsten Fall erzeugen sie starke elektrische Ströme in der Ionosphäre, die die irdische Thermosphäre aufheizen und dort Wellenbewegungen verursachen. Diese Wellen verändern die Verteilung des ionosphärischen Plasmas. Das wiederum kann die Kommunikation mit Satelliten stören oder zu Ausfällen bei der Datenübertragung führen – oder zu großen Stromausfällen. Grundsätzlich geht eine große Anzahl von Sonnenflecken mit einer hohen Aktivität der Sonne einher. Während sich die Sonnenaktivität selbst kaum vorhersagen lässt, sind Modellierungen der koronalen Massenauswürfe möglich. Dafür erfassen Satelliten, die sich auf einer stabilen Position zwischen Sonne und Erde befinden, ihr Entstehen. Dann bleiben noch zwei bis vier Tage Vorlaufzeit, bevor sie die Erde erreichen. Sensible technische Systeme wie Stromnetze lassen sich rechtzeitig herunterfahren, so dass die Technik unbeschadet den Sturm übersteht.
Quelle: Helmholtz Institut/Kristine August
Die Grafik verstehen anhand der NOAA Skalen als PDF hier anklicken.
Die NOAA Space Weather Scales wurden eingeführt, um der Öffentlichkeit die aktuellen und zukünftigen Weltraumwetterbedingungen und ihre möglichen Auswirkungen auf Menschen und Systeme zu vermitteln. Viele der SWPC-Produkte beschreiben die Weltraumumgebung, aber nur wenige haben die Auswirkungen beschrieben, die als Folge von Umweltstörungen auftreten können. Diese Skalen sind nützlich für Benutzer unserer Produkte und diejenigen, die sich für Weltraumwettereffekte interessieren.
Die Skalen beschreiben die Umweltstörungen für drei Ereignistypen: geomagnetische Stürme, Sonnenstrahlungsstürme und Funkausfälle. Die Skalen haben nummerierte Ebenen, analog zu Hurrikanen, Tornados und Erdbeben, die Schweregrad vermitteln. Sie listen mögliche Effekte auf jeder Ebene auf. Sie zeigen auch, wie oft solche Ereignisse auftreten, und geben ein Maß für die Intensität der körperlichen Ursachen.
Quelle: NOAA / NASA
Aktuelle News und Vorhersagen
NOAA 3 Tage Vorhersage
Der dreistündige geomagnetische Kp-Index (siehe Bartels, 1957) wurde 1949 von Julius Bartels eingeführt, um die solare Teilchenstrahlung über ihre magnetischen Effekte zu messen. Heute ist Kp ein wichtiges Maß für den Energieeintrag aus dem Sonnenwind in das System Erde und wird in Echtzeit für viele Weltraumwetterdienste genutzt.
Dieses Prognoseprodukt wird am GFZ im Rahmen des Projekts PAGER HORIZON 2020 erstellt. Ein maschinelles Lernmodell wird darauf trainiert, Kp-Werte anhand historischer Sonnenwind- und interplanetarer Magnetfelddaten von OMNIWeb vorherzusagen. Das trainierte Modell wird dann mit der vom SWIFT-Modul erzeugten Ensemble-Vorhersage des Sonnenwindes bei L1 gefüttert und liefert eine Ensemble-Vorhersage von Kp bis zu 72 Stunden im Voraus. In der folgenden Abbildung zeigen die Balken die Ensemble-Medianwerte für den Kp-Index, während die roten Linien
Verfolgen Sie die geomagnetische Entwicklung in Echtzeit! (Hinweis! In den Grafiken werden absolute Werte angezeigt. Die Daten sind noch nicht verarbeitet und können vom Menschen verursachte Signale enthalten.
Sonnenwind
Sonnenwind an der Erde letzte Stunde
Sonnenwind an der Erde die letzten 3 Tage
Quelle: Space Weather Prediction Center | Sonnenwind Vorhersage auf der Erde
Quelle: NOAA SWPC
Der NASA-Satellit Advanced Composition Explorer (ACE) ermöglicht es SWPC, vor geomagnetischen Stürmen zu warnen. Geomagnetische Stürme sind eine Naturgefahr wie Hurrikane und Tsunamis, die das Space Weather Prediction Center (SWPC) der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zum Wohle der Öffentlichkeit vorhersagt.
Geomagnetische Stürme wirken sich auf das Stromnetz, den Flugbetrieb, GPS, die bemannte Raumfahrt und den Satellitenbetrieb aus, um nur einige der schädlichsten zu nennen. Schwere geomagnetische Stürme können zu Stromausfällen in einem großen Gebiet führen.
Quelle: GFZ Potsdam
Datenassimilative Echtzeitvorhersage von Strahlungsgürteln
Zweitägige Strahlungsgürtelvorhersage von 1 MeV-Elektronen unter Verwendung des datenassimilativen VERB-Codes, Echtzeit-Van-Allen-Sonden-, ACE- und GOES-Daten. Der Kp-Index für die letzten 7 Tage wird aus dem GFZ-Nowcast des letzten und des Vormonats bezogen. Die 3-Tage-Kp-Vorhersage wird vom Space Weather Prediction Center erhalten. Prognosen werden am GFZ automatisch stündlich durchgeführt. Version 2.0 des Codes berechnet die Nowcast- und Prognoseflüsse aus der Reanalyse direkt unter Verwendung des T89-Magnetfeldmodells.
Quelle: ESA
Provided by: STFC, RAL Space
Quelle: NOAA SWPC
WSA-Enlil ist ein großräumiges, physikbasiertes Vorhersagemodell der Heliosphäre, das vom Space Weather Forecast Office verwendet wird, um 1-4 Tage im Voraus vor Sonnenwindstrukturen und erdgesteuerten koronalen Massenauswürfen (CMEs) zu warnen, die geomagnetische Stürme verursachen. Es ist seit langem bekannt, dass solare Störungen die Kommunikation stören, geomagnetische Systeme zerstören und Gefahren für den Satellitenbetrieb darstellen.
Geosphäre
Polarlicht Vorhersage
Die Animationen weiter unten zeigen, was die Aurora in den letzten 24 Stunden gemacht hat und schätzen, wie die nächsten 30 Minuten aussehen werden. Das bunte grüne, rote und violette Licht der Aurora verschiebt sich sanft und ändert oft seine Form wie sanft wehende Vorhänge.
Quelle: NOAA SWPC
Die Geospace Ground Magnetic Perturbation Maps zeigen die gerasterte magnetische Delta B (nT)-Ausgabe aus dem Geospace-Modell der University of Michigan, das regionale magnetische Variationen auf einem globalen Raster von fünf x fünf Grad liefert. Aus diesen Daten werden farbige Konturdiagramme des vorhergesagten Deltas B für drei verschiedene Ansichten generiert:
delta B über Nordamerika (oberes Bild), eine globale Ansicht von Delta B (mittleres Bild) und eine duale polare Ansicht der nördlichen und südlichen Hemisphäre in fester Ortszeit (unteres Bild). Die Animationen zeigen die Modellvorhersage, bei der die Vorlaufzeit von der Sonnenwindgeschwindigkeit abhängt, sowie die letzten zwei Stunden für den Kontext.
Bodenmagnetische Störungskarten wie die hier gezeigten sind nützlich, um regionale Störungsmodellvorhersagen bereitzustellen, die von Stromnetzbetreibern verwendet werden können, um festzustellen, ob Störungen wahrscheinlich Auswirkungen auf ihren allgemeinen Standort haben.
Quelle: ESA
Eine Reihe von Weltraumwetterphänomenen kann sowohl das fliegende Personal als auch die luftfahrttechnische Infrastruktur beeinflussen. Die Gesundheit von Flugzeugbesatzungen kann durch erhöhte Strahlenbelastung beeinträchtigt werden, die hauptsächlich durch galaktische kosmische Strahlung (GCR) und durch gelegentliche Sonneneruptionen von energetisch geladenen Teilchen (Solar Energetic Particles – SEP) verursacht wird. Die technische Infrastruktur kann unter einer Verschlechterung oder einem Verlust von Kommunikations- und Navigationssignalen sowie unter Avionikfehlern leiden.
Solche Störungen können sowohl durch elektromagnetische als auch durch geladene Teilchenstrahlung sowie durch Veränderungen der ionosphärischen Bedingungen verursacht werden.
Die Strahlungsumgebung in Flughöhen wird hauptsächlich durch galaktische kosmische Strahlung (GCR) geformt, die von außerhalb unseres Sonnensystems kommt, durch Sonnenwind moduliert wird und mit der Magnetosphäre und Atmosphäre der Erde interagiert.
Dadurch ist die Strahlenbelastung in Flughöhen etwas höher als am Boden. Darüber hinaus können einige solare Ereignisse zu einer zusätzlichen Erhöhung der Strahlenbelastung nicht nur in der Atmosphäre, sondern auch am Boden führen – sogenannte Ground Level Enhancements (GLEs). Die erhöhte Strahlung in Flughöhen während eines GLE ist zwar zeitlich, kann aber besonders für Flüge in hohen Breiten bemerkenswert sein. AVIDOS ist eine informative Online-Software zur Beurteilung der kosmischen Strahlungsbelastung in Flughöhen bei ruhigen und außergewöhnlichen Sonnenbedingungen. Es schätzt die Routendosen für Flüge zwischen zwei beliebigen Orten und berechnet die jetzt gecastete Exposition während Sonnenstürmen. Es bietet auch einen Vergleich der geschätzten Exposition mit der natürlichen Hintergrundstrahlung auf der Erde.
Ionosphäre
Das D-Region Absorption Product befasst sich mit den operativen Auswirkungen des solaren Röntgenflusses und SEP-Ereignissen auf die HF-Funkkommunikation. Langstreckenkommunikation mit Hochfrequenz-Funkwellen (3 – 30 MHz) hängt von der Reflexion der Signale in der Ionosphäre ab. Radiowellen werden typischerweise in der Nähe des Peaks der F2-Schicht (~ 300 km Höhe) reflektiert, aber entlang des Weges zum F2-Gipfel und zurück leidet das Radiowellensignal aufgrund der Absorption durch die dazwischenliegende Ionosphäre unter einer Dämpfung.
Das D-Region Absorption Prediction Modell wird als Leitfaden verwendet, um die HF-Radiodegradation und Stromausfälle zu verstehen, die dies verursachen kann.
Das Diagramm veranschaulicht die höhenintegrierte Elektronendichte (TECU, 1 TECU = 1,e16 Elektronen/Quadratmeter), auch Vertical Total Electron Content (VTEC) genannt, vs Breitengrad (-90 bis 90 °) und Längengrad (0 – 360 °) aus dem Coupled Thermosphere Ionosphere Plasmasphere Electrodynamics Model (CTIPe).
CTIPe ist ein hochmodernes Forschungswerkzeug, das am SWPC/NOAA verwendet wird, um Thermosphären-Ionosphären-Phänomene zu untersuchen, um Nowcasting- und Vorhersagealgorithmen für das Weltraumwetter zu entwickeln. Ziel ist es, die Bedeutung der oberatmosphärischen Mechanismen, die menschliche Aktivitäten beeinflussen, zu verstehen und zu quantifizieren und neue Überwachungs- und Vorhersagetechniken zu entwickeln.
Sonne
Die Raumsonden GOES 16 und 17 tragen jeweils ein hochentwickeltes EUV-Teleskop (Extreme Ultraviolet Imager), das als Solar Ultraviolet Imager (SUVI) bezeichnet wird. Dieses Teleskop ermöglicht es Prognostikern, die heiße äußere Atmosphäre oder Korona der Sonne zu überwachen.
EUV-Photonen entstehen im millionengradigen Plasma der Korona und sind aufgrund der Absorption der Erdatmosphäre vom Boden aus nicht sichtbar. Beobachtungen der solaren EUV-Emission helfen bei der Früherkennung von Sonneneruptionen, koronalen Massenauswürfen (CMEs) und anderen Phänomenen, die sich auf die Georaumumgebung auswirken.
EUV-Photonen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit und sind der erste Hinweis, den wir auf der Erde für solare magnetische Eruptionen und damit verbundene Eruptionen erhalten. Diese hochenergetischen Photonen verursachen Veränderungen in der Ionosphäre der Erde und können zu einer erheblichen Verschlechterung der Funkkommunikation führen, einschließlich vollständiger Blackouts bei einigen Frequenzen. Die Einschläge beginnen nur 8 Minuten (Zeit, um Licht von der Sonne zur Erde zu reisen) nach einer Eruption.
Die Frühwarnung, wenn SUVI einen Sonnenausbruch beobachtet, kommt mindestens 15 Stunden bevor der zugehörige CME auf der Erde ankommt. Auf diese Weise können Prognostiker bei SWPC die entsprechenden Warnungen, Warnungen und Warnungen für geomagnetische Stürme ausgeben.
Quelle: NOAA/SWPC
SDO: Das Solar Dynamics Observatory ist die erste Mission, die für das Living With a Star (LWS) -Programm der NASA gestartet wurde, ein Programm, das die Ursachen der solaren Variabilität und ihre Auswirkungen auf die Erde verstehen soll. SDO soll uns helfen, den Einfluss der Sonne auf die Erde und den erdnahen Weltraum zu verstehen, indem wir die Sonnenatmosphäre auf kleinen Raum- und Zeitskalen und in vielen Wellenlängen gleichzeitig untersuchen.
Das AIA-Instrument von SDO (untere Bilder) hat eine doppelt so hohe Bildauflösung wie STEREO und eine 4-mal höhere Bildauflösung als SOHO. Auch die Bildkadenz variiert. SDO nimmt jede Sekunde 1 Bild auf.
Quelle: NASA/SDO
CMEs detektiert von Cactus-Archiv
Verfolgen Sie die letzten koronalen Massenauswürfe auf der Sonne: CACTus Diagostics (sidc.be)
SOHO Satellit: LASCO-Bilder wurden vom SWPC-Vorhersagebüro verwendet, um die solare Koronaerwärmung und transiente Ereignisse, einschließlich CMEs, zu charakterisieren und die Auswirkungen der Korona auf den Sonnenwind zu sehen. In jüngerer Zeit sind die LASCO-Bilder für das WSA-Enlil-Modell, das im Oktober 2011 in Betrieb genommen wurde, von entscheidender Bedeutung. WSA-Enlil ist zu einem wichtigen Werkzeug geworden, um die Auswirkungen von koronalen Massenauswürfen und die Auswirkungen des Sonnenwindes auf die Erde vorherzusagen.
STEREO besteht derzeit aus einem weltraumgestützten Observatorium, STEREO-A, das die Sonne knapp innerhalb von 1 AE umkreist und langsam die Erde einholt, während sie um die Sonne kreist. Dieser Aussichtspunkt abseits der Erde-Sonne-Linie ermöglicht es Wissenschaftlern, die Struktur und Entwicklung von Sonnenstürmen zu sehen, wenn sie von der Sonne ausgehen und sich durch den Weltraum bewegen.
Der STEREO Space Weather Beacon Telemetriemodus ist ein sehr niedriger, stark komprimierter Datenstrom, der von der Raumsonde 24 Stunden am Tag gesendet wird. Diese Daten werden für die Weltraumwettervorhersage verwendet. Aufgrund der verwendeten großen Kompressionsfaktoren sind diese Beacon-Bilder von viel geringerer Qualität als die tatsächlichen wissenschaftlichen Daten.
Die obigen Bilder sind in der Reihenfolge der relativen Positionen der drei Standpunkte (post-solar-conjunction) Ahead, Earth und Behind dargestellt. Für die Bilder des Heliospheric Imager (HI) unten ist die Reihenfolge umgekehrt, um die Tatsache widerzuspiegeln, dass die HI Ahead-Teleskope nach rechts von der Sonne und die auf der Rückseite nach links schauen. Außerdem werden die HI-Bilder nicht gedreht, um Solar nach Norden zu bringen.