Symbolbild: Sonne mit Sonnenflecken (SDO-Aufnahme vom 18. Oktober 2014).
Copyright: NASA Goddard
Zürich (Schweiz) – Eine neue Theorie untermauert die umstrittene Hypothese, dass nicht nur die Sonne ihre Planeten, sondern auch umgekehrt, die Planeten und deren Konstellationen die Sonnenaktivität beeinflussen. Schweizer Forscher zeigen hierzu einen Mechanismus auf, wie der sehr geringe Einfluss der Planeten einem solch großen System wie der Sonne seinen Rhythmus aufprägen könnte.
Schon 2012 hatte der Eawag- und ETH-Forscher Professor Jürg Beer erstmals seine Hypothese veröffentlicht, wonach auch die Planeten die Aktivität der Sonne beeinflussen (…GreWi berichtete). Damals hatte Beer gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Spanien und Australien mithilfe von Beryllium-Daten aus Eisbohrkernen die Zyklen der Sonnenaktivität für die letzten 10.000 Jahr rekonstruiert und mit der Bewegung der Planeten um die Sonne verglichen. Tatsächlich war die Übereinstimmung verblüffend, weisen doch Sonnenaktivität und die Planetenbewegung ähnliche Rhythmen auf. Sollte sich die Beobachtung bestätigen, ließen sich – so die Hoffnung der Forschenden – damit die zyklischen Schwankungen der Sonnenaktivität mit Hilfe der schließlich bekannten und vorhersagbaren Planetenbewegungen besser vorhersagen.
Erwartungsgemäß stieß die Beers Hypothese bei vielen Kollegen auf Skepsis und Ablehnung, da der Einfluss der Planeten viel zu klein sei, um einen nachweisbaren Effekt auf die Sonnenaktivität ausüben zu können, so die Einwände.
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Nun aber hat Carlo Albert, Leiter der Eawag-Gruppe Mathematische Methoden in der Umweltforschung an de ETH-Zürich, gemeinsam mit Forschungskollegen aus der Schweiz und aus Spanien eine Erklärung gefunden, wie der winzige Effekt der Planeten die Aktivität der wesentlich größeren Sonne dennoch beeinflussen könnte: die sog. stochastische Resonanz.
Demnach kann unter bestimmten Bedingungen dieses Phänomen schwache, meist periodische Signale derart verstärken, dass sie erhebliche Folgen haben. Die Ergebnisse ihrer Forschungen haben die Wissenschaftler aktuell im Fachjournal „Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.3847/2041-8213/ac0fd6) veröffentlicht.
Bekannt und unbestritten ist, dass die Sonnenaktivität einen klaren 11-Jahres-Zyklus aufweist. Allerdings gibt es weitere Sonnenzyklen: „Mit einfachen mathematischen Modellen konnten wir zeigen, dass die Sonne im Prinzip zwei stabile Aktivitätszustände des 11-Jahres-Zyklus hat: einen aktiven Zustand mit großer Amplitude und hoher Sonnenaktivität sowie einen ruhigeren Zustand mit kleiner Amplitude und geringerer Sonnenaktivität“, erklärt Albert. Die Wissenschaft spreche dabei von einem bistabilen System, erläutert der Wissenschaftler und führt dazu weiter aus: „Wir gehen davon aus, dass die Sonne aufgrund von Turbulenzen in ihrem Inneren zwischen diesen beiden Zuständen hin und her springt.“ Da die Turbulenzen zufällig auftreten, würde man eigentlich erwarten, dass diese Wechsel völlig unregelmäßig und nicht vorhersagbar passieren.
Doch die Messdaten, die zur Sonnenaktivität vorliegen, legen nun die Vermutung nahe, dass der Wechsel der Zustände nicht rein zufällig passiert, sondern häufig einen Rhythmus von etwa 200 Jahren aufweist. „Das wäre also neben dem 11-Jahres-Zyklus ein weiterer, überlagerter 200-Jahres-Zyklus.“ Als Ursache für diesen weiteren Rhythmus hatten Jürg Beer und seine Kollegen den Einfluss der Planeten vermutet. Dieser Einfluss alleine ist aber äußerst gering.
Albert und Kollegen haben nun eine Möglichkeit gefunden, wie dieser Einfluss gesteigert werden könnte: „Unter geeigneten Bedingungen kann ein Rauschen in einem bistabilen System den Einfluss eines periodischen Treibers massiv verstärken – man spricht von stochastischer Resonanz.“
Die Turbulenzen im Inneren der Sonne (also das Rauschen) würden dann den schwachen Einfluss der Planeten (der periodische Treiber) verstärken. Die Planeten würden somit dem zufälligen Hin- und Herspringen der Sonne zwischen den beiden Aktivitätszuständen seinen Takt aufprägen und den Rhythmus der Sonnenaktivität mitbestimmen.
Diese stark vereinfachte Darstellung veranschaulicht schematisch das Auftreten von Grand Minima – Zeiträume mit geringer Sonnenaktivität – in einem Abstand von etwa 200 Jahren. In Realität sind die Schwankungen der Sonnenaktivität sehr viel unregelmäßiger und mit vielen weiteren Zyklen überlagert.
Copyright/Quelle: eawag/ETH Zürich
In nächsten Schritten wollen die Forscher nun untersuchen, in wieweit sich damit die Beobachtungen der Sonnenaktivität der vergangenen Jahrhunderte berechnen lassen. Das würde die Theorie bekräftigen und auch einen weiteren Schritt ermöglichen, nämlich die Vorhersage der Sonnenaktivität für die kommenden Jahrzehnte und Jahrhunderte.
Tatsächlich wäre eine solche Vorhersagemöglichkeit von großem Interesse. Denn was die Sonnenaktivität anbelangt, erleben wir im Moment eine spannende Zeit, so die Forscher: „Nach der Hypothese von Jürg Beer, die jetzt durch unsere Theorie untermauert wird, befinden wir uns am Ende einer aktiven Phase mit einer großen Amplitude des 11-Jahres-Zyklus. Wir müssten langsam auf eine ruhigere Phase zusteuern“, sagt Albert. Derartige Phasen werden auch als Grand Minima bezeichnet. Und es gibt tatsächlich erste Anzeichen, dass sich der 11-Jahres-Zyklus abschwächt. „Ich beobachte im Moment alle paar Tage, wie sich die Sonnenaktivität entwickelt“, berichtet der Wissenschaftler weiter. „Es dauert aber noch einige Jahre, bis wir sicher wissen, ob sich die Sonne wirklich in einem neuen Grand Minimum befindet.“
Interessant ist die Entwicklung der Sonnenaktivität vor allem deswegen, weil das letzte Auftreten eines Grand Minimums vor etwa 400 Jahren mit der Kleinen Eiszeit in weiten Teilen Europas in Verbindung gebracht wird, auch wenn dieser Zusammenhang noch nicht eindeutig belegt ist. „Aufgrund des Klimawandels wäre eine Abschwächung der Sonnenaktivität natürlich wünschenswert“, sagt Albert abschließend. „Leider wird sie, wenn sie denn tatsächlich eintritt, die menschengemachte Erwärmung kaum kompensieren, sondern im besten Fall nur vorübergehend etwas abbremsen können. Es führt also weiterhin kein Weg daran vorbei, die Emissionen von Treibhausgasen radikal zu reduzieren.“
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Recherchequellen: EAWAG
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