Ein Sonnensturm verrät sein Geheimnis dank eines fernen Pulsars

Als im August 2021 ein Sonnensturm vor einem tickenden Sternenrest vorbeizog, hörten europäische Radioteleskope zufällig mit und lasen aus dem Signal ab, wie das Magnetfeld in seinem Inneren verdreht ist.

Ein internationales Forschungsteam hat das Magnetfeld im Inneren eines Sonnensturms vermessen, indem es die Radiopulse eines fernen Pulsars auswertete, die zufällig quer durch die Gaswolke liefen.

Das ist wichtig, weil gerade dieses Magnetfeld bestimmt, wie heftig ein Sonnensturm die Erde trifft, und es sich aus der Ferne bislang kaum bestimmen lässt.

Die Radioteleskope LOFAR und NenuFAR registrierten, wie die Wolke die Pulse des Sternenrests verzögerte und verdrehte, und ein Computermodell auf Basis von Messungen der Raumsonde Solar Orbiter lieferte den Vergleich.

Nur eine von vier denkbaren Bauformen des Magnetfelds passte zu den Messungen, auch wenn das Modell die Feldstärke noch deutlich überschätzt.

Was einen Sonnensturm gefährlich macht

Bei einem koronalen Massenauswurf schleudert die Sonne eine Wolke aus elektrisch geladenem Gas ins All, die sich rasch auf ein Vielfaches der Sonnengröße aufbläht.

In dieser Wolke stecken Magnetfelder, deren Feldlinien meist wie die Fasern eines Seils miteinander verdrillt sind.

Trifft so ein Sonnensturm die Erde, entscheidet vor allem die Richtung dieses Magnetfelds über die Folgen.

Zeigt es nach Süden, also entgegengesetzt zum Magnetfeld der Erde, kann es sich mit unserem magnetischen Schutzschild verbinden und Energie hineinleiten, was Polarlichter, gestörte Satelliten und überlastete Stromnetze zur Folge haben kann.

Diese Richtung lässt sich jedoch kaum vorhersagen.

Kameras an Bord von Sonnenobservatorien sehen zwar, wie die Wolke aufquillt, weil ihr Gas Sonnenlicht streut, doch das Magnetfeld bleibt auf diesen Bildern unsichtbar.

Direkt messen können es nur Raumsonden, über die eine Wolke hinwegzieht, und die meisten davon stehen so nah an der Erde, dass bis zum Einschlag wenig Zeit bleibt.

Zudem erfasst jede Sonde nur die eine Spur, auf der die Wolke sie streift.

Wie ein Pulsar zur Messsonde wird

Ein Team um El Mehdi Zahraoui vom Institut für Radioastronomie und Weltraumforschung der Auckland University of Technology in Neuseeland hat deshalb einen Umweg gewählt, der weit hinter die Sonne führt.

Dort liegt ein Pulsar, der ausgebrannte Rest eines Sterns, der sich rasend schnell dreht und dabei wie ein Leuchtturm regelmäßige Radioblitze aussendet.

Weil dieser Pulsar von der Erde aus gesehen jedes Jahr dicht an der Sonne vorbeizieht, beobachten ihn die Antennenfelder LOFAR, dessen Stationen von den Niederlanden bis nach Deutschland reichen, und NenuFAR im französischen Nançay in dieser Zeit fast täglich.

Freie Elektronen auf dem Weg bremsen tiefe Radiofrequenzen stärker als hohe, sodass die tiefen Anteile eines Pulses etwas später ankommen und die Verspätung verrät, wie viele Elektronen auf der Strecke lagen.

Zugleich schwingen die Radiowellen in einer bestimmten Richtung, und ein Magnetfeld in geladenem Gas dreht diese Schwingungsrichtung wie einen Zeiger, umso stärker, je mehr Elektronen und je mehr Feld im Weg sind.

Teilt man die Drehung durch die Zahl der Elektronen, bleibt die mittlere Stärke des Magnetfelds entlang der gedachten Linie zwischen Erde und Pulsar übrig, und die Drehrichtung verrät, ob das Feld eher zur Erde hin oder von ihr weg zeigt.

Die Studie ist bei der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics eingereicht und liegt bislang als Preprint vor, den unabhängige Gutachter noch nicht geprüft haben.

Wie das Team den Sonnensturm im Signal fand

Im August 2021 zeigten beide Teleskope deutlich mehr Elektronen auf der Strecke, als das übliche Modell für Sonnenwind und interstellares Gas vorhersagte.

Da die Linie zum Pulsar in diesem Moment näher an der Sonne vorbeilief als die Bahn des Merkur, kam ein Ausbruch der Sonne als Ursache in Frage.

Ein Abgleich mit Aufnahmen von Sonnenobservatorien bestätigte den Verdacht, denn am Morgen desselben Tages hatte die Sonne einen massiven Sonnensturm ausgestoßen, der sich vor den Pulsar schob.

Bei der Drehung der Schwingungsrichtung lieferten alle anderen Messungen des Jahres einen sauberen Einzelwert, nur die LOFAR-Beobachtung von diesem Nachmittag ergab ein verschmiertes Bild, das sich auf keinen einzelnen Wert festlegen ließ.

Das Team zerlegte die Aufnahme daraufhin in Abschnitte von wenigen Minuten und sah, dass sich die Drehung von Abschnitt zu Abschnitt verschob, weil die Wolke während der Messung vor dem Pulsar weiterzog.

Auch die Zahl der Elektronen fiel zunächst und stieg dann wieder, was dazu passt, dass die Sichtlinie erst die dichte Vorderkante der Wolke kreuzte, dann eine dünnere Zone und schließlich dichteres Material im Inneren.

Für den Gegencheck kam dem Team zugute, dass dieselbe Wolke Tage später über die europäische Raumsonde Solar Orbiter hinwegfegte, die ihr Magnetfeld direkt maß.

Mit diesen Daten bauten die Forschenden, darunter Fachleute der GeoSphere Austria in Graz, ein dreidimensionales Computermodell der Wolke in vielen leicht unterschiedlichen Versionen und setzten virtuelle Messpunkte entlang der Linie zum Pulsar.

So konnten sie ausrechnen, welches Signal der Pulsar je nach Bauform der Wolke hätte zeigen müssen.

Nur eine von vier Bauformen passt zur Messung

Das magnetische Seil in der Wolke kann in der einen oder der entgegengesetzten Richtung liegen und links- oder rechtsherum verdrillt sein, woraus sich vier Varianten ergeben.

Nur eine davon gab die gemessene Richtung und den Verlauf wieder, nämlich ein rechtsherum verdrilltes Seil, das flach in der Ebene liegt, in der die Planeten kreisen, und das Solar Orbiter genau so registriert hatte.

„Von den vier betrachteten Konfigurationen gibt nur eine das beobachtete Vorzeichen und den zeitlichen Verlauf wieder“, schreibt das Team in seiner Studie, die übrigen ließen sich für dieses Ereignis ausschließen.

Der Pulsar zeigte, wie das Feld binnen einer knappen halben Stunde von einem schwachen Wert in Gegenrichtung auf ein Maximum stieg, das etwa 800-mal schwächer ist als das Erdmagnetfeld, nach dem sich hierzulande eine Kompassnadel ausrichtet.

Was schwach klingt, wirkt allerdings über eine Wolke hinweg, die größer ist als die Sonne selbst.

Bei der Stärke klafft dagegen eine Lücke, denn das Modell sagt ein rund fünfmal stärkeres Feld voraus, als der Pulsar gemessen hat.

Die Forschenden sehen darin keinen Widerspruch zur Bauform, weil ihr Modell an Messungen weit draußen bei Solar Orbiter geeicht ist und der Pulsar dichte Gasregionen stärker gewichtet, während das Modell jede Stelle gleich behandelt.

Dass die höheren Modellwerte nicht abwegig sind, zeigen Messungen der NASA-Sonde Parker Solar Probe, die in ähnlicher Sonnennähe vergleichbar starke Felder in solchen Wolken gefunden hat.

Was ein Pulsar für die Vorhersage leisten kann

Ein einzelner Pulsar wirke „als entferntes Magnetometer“, also als Magnetfeldmesser auf Distanz, der unvereinbare Bauformen eines Sonnensturms voneinander unterscheiden kann, schreiben die Forschenden.

Eine einzige Sichtlinie reicht ihrer Einschätzung nach zwar nicht, um die ganze Wolke räumlich zu rekonstruieren, doch zusammen mit Kamerabildern und Modellen kann sie falsche Varianten aussortieren, solange der Sturm noch nah an der Sonne ist.

Der Ansatz eröffne damit „einen vielversprechenden Weg“ zu besseren Rekonstruktionen und irgendwann auch zur Vorhersage der Folgen für die Erde.

Als Nächstes wollen die Forschenden die Pulsardaten direkt in ihr Modell einspeisen und die Dichte des Gases realistisch mitrechnen, während NenuFAR künftig auch die Drehung der Schwingungsrichtung präzise messen soll.

Meine Einschätzung

Dass ausgerechnet ein ausgebrannter Stern weit draußen in der Milchstraße zum Messgerät für unsere eigene Sonne wird, hat etwas Poetisches, zumal der Glücksfall nur entstand, weil ein Routineprogramm zur richtigen Stunde lief.

Überzeugend finde ich auch, wie offen das Team mit der Lücke bei der Feldstärke umgeht, statt sie hinter der passenden Richtung zu verstecken.

Ein einzelner Messstrahl ersetzt keine Flotte von Raumsonden, aber er kann aus einer Handvoll Möglichkeiten die falschen streichen, und für die Vorhersage von Weltraumwetter ist das schon viel wert.

Wenn eines Tages viele Pulsare, die nahe der Ebene der Planetenbahnen liegen und deshalb jedes Jahr hinter der Sonne vorbeiziehen, als feste Messstrahlen dienen, könnte aus diesem Zufallsfund ein Frühwarnsystem werden.

Vielleicht schickst du diese Geschichte jemandem, der beim nächsten Polarlicht staunend nach oben schaut, denn auch dieses Leuchten hängt davon ab, wie das Magnetfeld in einer solchen Wolke verdreht ist, und ein ferner Sternenrest hat gerade gezeigt, wie man das sehen kann.

Quelle: El Mehdi Zahraoui (Auckland University of Technology), Astronomy & Astrophysics, 2026; ArXiv:2603.18051