Monströse Eruption auf der Sonne

C-14 zerfällt radioaktiv mit einer Halbwertszeit von 5.730 Jahren, sodass seine Häufigkeit im Holz ständig abnimmt. Die Messung des Verhältnisses von C-14 zu dem stabilen C-12 ermöglicht daher eine Altersbestimmung. Diese Radiokarbonmethode lässt sich ungefähr über die vergangenen 55.000 Jahre anwenden. Ältere Zeugnisse enthalten zu wenig C-14.

Da das Team um Bard den Baumring eindeutig datieren konnte, müsste die Stärke des C-14-Signals also auch eindeutig die Stärke des Sonnensturms definieren. Doch ganz so einfach ist es nicht. Wenn ein C-14-Isotop erzeugt wird, lagert es sich nicht unmittelbar ins Holz der Bäume ein. Zuvor verbringt es eine gewisse Zeit in der atmosphärischen Zirkulation, die vom Klima, der Geografie und anderen Gegebenheiten abhängt.

Die bislang bekannten Miyake-Ereignisse traten nach der Eiszeit auf, also während einer Periode mit einem relativ stabilen und warmen Klima. Für diese Bedingungen haben Klimaforscher atmosphärische Zirkulationsmodelle ausgearbeitet – nicht so für die Eiszeit. Für diese Klimaphase entwickelten nun Kseniia Golubenko und Ilya Usoskin von der Universität Oulu in Finnland ein Chemie-Klima-Modell. Es berücksichtigt unter anderem die Grenzen der Eisschilde, den Meeresspiegel, das Erdmagnetfeld und den Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre während der späten Eiszeit. Mithilfe dieses Modells konnte Bards Team die Intensität des Teilchensturms berechnen.

Der damalige Teilchenausbruch war rund 500-mal heftiger als der intensivste solare Sturm, der von Satelliten im Jahr 2005 aufgezeichnet wurde. „Während des Ereignisses von 2005 hätte ein Flugpassagier, der über die Pole flog, in nur einer Stunde die Kosmische Strahlung eines ganzen Jahres auf Meereshöhe erhalten. Während des Ereignisses 12.350 vor unserer Zeitrechnung hätte er die gleiche Dosis in nur acht Sekunden abbekommen“, schlussfolgern die Forscher.

Damit sind aus den vergangenen rund 14.000 Jahren sechs gesicherte Miyake-Ereignisse bekannt: 12.350, 7.176, 5.259 und 660 Jahre vor sowie 774 und 993 Jahre nach dem Beginn unserer Zeitrechnung. Drei weitere Kandidaten werden noch untersucht. Mithilfe dieser Zahlen kann man grob abschätzen, dass unsere Sonne alle 1.500 bis 2.000 Jahre einen Superausbruch produziert, demgegenüber das Carrington-Ereignis geradezu ein laues Lüftchen war.

Eruptionen auf anderen Sternen

Die von der Sonne ausgelösten Teilchenstürme sind stets von Helligkeitsausbrüchen begleitet. Deshalb kann das Studium anderer Sterne zusätzliche Informationen liefern. Dazu steuerte Ende 2024 ein Team um Valery Vasilyev vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen ein wichtiges Resultat bei. Es hatte Messdaten des Weltraumobservatoriums Kepler verwendet, um Superflares auf anderen Sternen zu untersuchen, die in ihren Grundgrößen Masse und Temperatur der Sonne ähneln. In dieser Gruppe von 5.600 sonnenähnlichen Sternen entdeckten die Forscher bei 2.500 fast 3.000 extreme Strahlungsausbrüche, deren Energien hundert- bis tausendfach höher waren als bei einem durchschnittlichen Sonnenausbruch. Demnach ereignet sich auf einem sonnenähnlichen Stern im Mittel einmal pro Jahrhundert ein solcher Superflare. Ist das bei unserer Sonne ebenso? Und wenn ja, wie passen dann die sehr unterschiedlichen Frequenzen von Teilchenstürmen (Miyake-Ereignissen) und Strahlungsausbrüchen zueinander?

Vasilyev sieht darin keinen Widerspruch. Zum einen sind alle Strahlungsausbrüche sichtbar, die sich, von der Erde aus gesehen, auf der Vorderseite des Sterns ereignen. Aber ein von der Sonne ausgehender Teilchenstrom rast entlang von interplanetaren Magnetfeldlinien in das Sonnensystem hinein und trifft nur selten unseren Planeten. Die Erde ist magnetisch nur mit bestimmten Regionen der Sonnenoberfläche verbunden – typischerweise mit jenen in der Nähe des westlichen Sonnenrands. Daher können nur Flares aus diesen Regionen hochenergetische Teilchen zur Erde lenken. „Selbst wenn viele Superflares auftreten, wird nur ein kleiner Teil in der Lage sein, hier ein nachweisbares extremes Miyake-Ereignis zu erzeugen“, sagt Vasilyev.

Zum anderen gibt es große Unsicherheiten bei der Energie-Umrechnung von Flares zu Teilchenstürmen. „Tatsächlich fehlen uns für die extremsten Ereignisse direkte Beobachtungen. Wir müssen von viel kleineren Ereignissen extrapolieren, was zu großen Unsicherheiten führt“, bedauert der Göttinger Forscher und resümiert: „Kurz gesagt: Superflares mögen zwar relativ häufig auftreten. Aber nur ein Teil davon erzeugt hochenergetische Teilchenstürme, die stark genug sind, um messbare Spuren in kosmogenen Isotopen zu hinterlassen.“

Wissenslücken werden kleiner

Außerdem dürften sich in naher Zukunft die Zahlen für Miyake-Ereignisse und Superflares einander annähern. Schon ein flüchtiger Blick auf die bisher entdeckten Miyake-Ereignisse offenbart zwei Lücken in der Zeit zwischen den Jahren 1.000 und 5.500 sowie 7.000 und 12.350 vor unserer Zeitrechnung. „Die Baumringdaten sind für den gesamten Zeitraum noch nicht vollständig mit jährlicher Auflösung gemessen“, sagt Bard.

Seine Mitarbeiterin Kseniia Golubenko ergänzt: „Wahrscheinlich werden wir in naher Zukunft von neuen potenziellen Ereignissen innerhalb dieser Lückenperioden hören. Mehrere wissenschaftliche Gruppen arbeiten derzeit an hochauflösenden Messungen und kooperieren mit Experten für Sonnenphysik, um mögliche Kandidaten für Miyake-ähnliche Ereignisse zu bewerten.“

Die Untersuchung extremer Sonnenstürme ist von großer Bedeutung – nicht nur für die Sonnenphysik und Geowissenschaften, sondern auch für die Archäologie und Datierungsmethoden. Denn neue Funde alter Bäume können mithilfe der zeitlich eindeutig fixierten Miyake-Ereignisse absolut datiert werden, und nicht nur relativ zueinander. ■