Es war eine dieser Meldungen, die um die Welt gingen. "Eine neue Eiszeit ist unterwegs", schrieb die britische Zeitung The Telegraph. "Die Erde muss mit Mini-Eiszeit innerhalb der nächsten zehn Jahre rechnen", hieß es in der Daily Mail. Und der Nachrichtensender Fox News aus den USA posaunte: "Das ist die Wissenschaftsgeschichte des Jahrhunderts." Wirklich? Wie sich bald darauf herausstellte, war die vermeintlich nahende Eiszeit mit den wissenschaftlichen Fakten nur bedingt in Einklang zu bringen. Aber die Meldungen hatten einen wahren Kern: Die Sonne schwächelt zur Zeit, und niemand versteht so recht, warum.

Das ist zunächst nichts Ungewöhnliches: Die Sonnenaktivität unterliegt einem Elfjahres-Zyklus, auf dessen Höhepunkt täglich gleich mehrere Eruptionen stattfinden, die Sonnenplasma ins All schleudern. Im Minimum dagegen kommt es nur selten zu solchen Ausbrüchen. Welchen Teil des Zyklus die Sonne gerade durchläuft, verrät ein Blick mit dem Fernrohr: Ist ihr Anlitz mit über hundert dunklen Flecken übersät, ist Sturmsaison, finden sich kaum welche dieser so genannten Sonnenflecken, herrscht Flaute. Seit Mitte des 18. Jahrhunderts führen Astronomen über ihre Häufigkeit Buch, 1844 erkannte der deutsche Astronom Samuel Heinrich Schwabe eine Regelmäßigkeit in ihrer Abfolge. Aber der aktuelle Zyklus, der 24. seit den Aufzeichnungen, ist anders.

Sonne
© NASA, GSFC, SDO AIA Team
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Im März 2010 hat das Solar Dynamics Observatory der NASA unser Zentralgestirn im UV-Licht fotografiert – in nie zuvor gekannter Schärfe. Das Falschfarbenbild zeigt die unterschiedlichen Gastemperaturen der Sonne: Rote Bereiche sind mit 60 000 Kelvin relativ kühl, blaue und grüne Töne stellen bis zu eine Million Kelvin heiße Flächen dar.
Seine ersten Sonnenflecken tauchten im Januar 2008 auf – eineinhalb Jahre später als erwartet. Damit hatte das ungewöhnliche Verhalten der Sonne aber erst angefangen. Astronomen der NASA gehen davon aus, dass auf dem Höhepunkt des Zyklus im Juni 2013 lediglich eine moderate Aktivität zu erwarten ist: Die Sonnenfleckenrelativzahl, die Auskunft über die Häufigkeit von Flecken gibt, wird sich den Schätzungen zufolge bei einem Mittelwert von 69 bewegen. In Jahren starker Aktivität kann der Wert, der sich aus der mit zehn multiplizierten Anzahl der Sonnenfleckengruppen und der Gesamtzahl der Flecken zusammensetzt, durchaus das Doppelte und mehr annehmen. Derzeit beläuft er sich auf 46. Ähnlich fleckenarm war zuletzt der 13. Zyklus, der seinen Höhepunkt im Jahr 1907 hatte.

Und das jetzt anstehende Maximum könnte sogar das letzte Aufbäumen der Sonne vor einer jahrzehntelangen Phase ohne Sonnenflecken sein. Das zumindest legten im Juni drei unabhängige Studien nahe, die auf einer Tagung der American Astronomical Society (AAS) präsentiert wurden – und die von mancher Pressevertreter als Nahen einer neuen Eiszeit gedeutet hatte.

Drei Indizien für eine lange Schwächephase

Matt Penn und William Livingston vom National Solar Observatory in Tucson beispielsweise haben eine kontinuierliche Abnahme des Magnetfelds in den Regionen der Sonnenflecken während der letzten eineinhalb Zyklen ausgemacht. Sonnenflecken entstehen dort, wo sich die Feldlinien des Magnetfelds zu einer Schleife verdrillt haben und senkrecht aus der Oberfläche des Sterns heraus stoßen – die senkrechte Orientierung verhindert, dass ein Wärmefluss stattfindet und der Fleck bleibt bis zu 1300 Grad Celsius kälter als die 5500 Grad Celsius heiße Sonnenoberfläche. Für gewöhnlich ist das Magnetfeld der Flecken zwischen 3000 und 4000 Gauß stark, doch Penn und Livingston schätzen, dass es pro Jahr um etwa 50 Gauss abnimmt. Und da nur bis zu einer Magnetfeldstärke von 1500 Gauss überhaupt Sonnenflecken entstehen können, ist das Sonnenmagnetfeld nach Einschätzung der beiden Forscher vielleicht bald zu schwach dafür.

Sonnenflecken
© NASA / Tom Tschida
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Sonnenflecken sind gut von der Erde aus zu beobachten, wenn sie denn vorhanden sind. In diesem Bild kommen sie besonders gut heraus, da der Rauch kalifornischer Wald- und Buschbrände wie ein Filter wirkte.
Neue Sonnenflecken entstehen zudem überwiegend zu Beginn eines Zyklus und vor allem in den mittleren Breitengraden, später jedoch auch zunehmend in Richtung des Äquators. Die meisten zerfallen bereits innerhalb weniger Tage wieder, sie lassen jedoch Reste ihres Magnetfeldes in der Corona der Sonne zurück. Die Magnetfelder der ersten Sonnenflecken eines neuen Zyklus drücken für gewöhnlich die Überbleibsel der Vorläufer in Richtung der Pole. Mit Hilfe einer 40 Jahre langen Beoachtungsreihe konnte Richard Altrock vom National Solar Observatory zeigen, dass auch diese Verdrängung im 24. Zyklus nun deutlich schwächer als zuvor ausfällt.

Das dritte und letzte Indiz für die schwächelnde Sonne liefern die sechs über den Globus verteilten Messstationen der Global Oscillation Network Group. Sie beobachten das Sonneninnere, indem sie rund um die Uhr Vibrationen der Oberfläche aufspüren, was wiederum Rückschlüsse über die Plasmaströme in 10 000 Kilometer Tiefe erlaubt: Einer dieser Ströme, der bereits Jahre vor dem Beginn des 23. Zyklus dessen Kommen ankündigte, ist bisher überfällig, erkannten Frank Hill und seine Kollegen, ebenfalls vom National Solar Observatory. Die Amerikaner vermuten, dass der 25. Zyklus ohne diese Ost-West-Strömung stark verzögert starten wird – oder womöglich ganz ausbleibt.

Neues Maunder-Minimum oder nur Ende eines Allzeithochs?

Stattdessen könnte eine ausgedehnte Periode ohne Sonnenflecken bevorstehen. Den Präzedenzfall der jüngeren Menschheitsgeschichte bildet hier das berühmte Maunder-Minimum der Jahre 1645 bis 1715, in dem so gut wie keine Sonnenflecken auftraten. Während dieser Zeit kam es in Mitteleuropa zu ein bis zwei Grad Celsius kälteren Wintern, global betrachtet betrug die Abkühlung allerdings weniger als ein Grad.

Sonnenfleckenzyklen
© NASA
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Die Grafik zeigt die Sonnenfleckenrelativzahl während der verschiedenen Zyklen in den letzten Jahrhunderten. Deutlich zu erkennen ist das Auf und Ab während der elfjährigen Perioden zwischen Minimum und Maximum.
Die drei Studien sind unter Sonnenforschern jedoch umstritten. So stammen die Daten in zwei der drei Fälle womöglich aus einem zu kurzen Zeitraum, um statistisch relevant zu sein. Der Sonnenexperte Hardi Peter vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung findet insbesondere den Vergleich mit dem Maunder-Minimum problematisch: "Wir wissen nicht, was im Inneren der Sonne Anfang des 17. Jahrhunderts vor sich ging."

Eine derart verminderte Aktivität ist in der Geschichte der Sonne aber nichts Ungewöhnliches. Der finnische Forscher Ilya Usoskin von der University of Oulu hat mit Hilfe von Kohlenstoff-14 aus alten Baumstämmen und Beryllium-10 aus Gletschereis die solare Aktivität der letzten 8000 Jahre rekonstruiert und dabei 27 jahrzehntelange Phasen ausgemacht, in denen die Sonne nur wenige Flecken zeigte. Eine andere Interpretation erlaubt eine ältere Studie Usoskins, die er zusammen mit Forschern des Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung veröffentlichte. Demnach war die Sonne seit 1940 auf einem Langzeithoch und fällt nun wieder in ihrem normalen Zustand zurück.

Vorteile für die Technik

Unabhängig von den Ursachen hat eine unbefleckte Sonne Folgen für die Erde. Strahlenausbrüche beispielsweise werden seltener: Sie treten unter anderem dann auf, wenn sich die Magnetfeldschleifen zweier benachbarter Sonnenflecken gegenseitig auflösen. Sind diese in Richtung der Erde gerichtet, kann man die aus der Sonne geschleuderten Elektronen und Protonen einen Tag später als Polarlichter in nördlichen Breiten bestaunen. Neben dem Naturschauspiel geht aber auch eine handfeste Gefahr von den Eruptionen aus, denn sie schießen neben geladenen Teilchen auch gefährliche Röntgen- und Gammastrahlung ins All.

Auf die Erdoberfläche sind diese Folgen der Sonnenaktivität jedoch nur selten direkt wahrnehmbar. Zu den drastischeren Ereignissen in den letzten Jahren dürfte eine gewaltige Eruption gewesen sein, die 1989 im kanadischen Quebec in Überlandleitungen so starke Ströme induzierte, dass Funken sprangen und das Netz vorübergehend zusammenbrach. Globale Folgen hatte dagegen wohl erst ein Sonnengewitter, das im Jahr 1859 angeblich das Telegrafennetz zusammenbrechen ließ und Nordlichter an den Karibikhimmel zauberte.

Sonnenfleck
© NASA
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Diese Aufnahme gehört zu den schärfsten Bildern die je von einem Sonnenfleck und der angrenzenden Oberfläche des Sterns geschossen wurde.
Kleinere Folgen von Sonneneruptionen sind, dass Flüge in Polnähe umgeleitet werden müssen und Astronauten auf der Internationalen Raumstation ISS kurzfristig Schutzräume aufsuchen. Unter anderem der Satellit SOHO beobachtet deshalb die Sonne minutengenau, seine Daten erlauben eine Vorhersage des Weltraumwetters. Anderen Satelliten hilft das in der Regel wenig: Sie können nicht einfach ausweichen – insbesondere wenn sie weit von der Erde entfernt in einem hohen Orbit unterwegs sind. Die energiereichen Produkte der Ausbrüche induzieren mitunter starke Ströme in den Schaltkreisen und beschädigen so die Elektronik. 2003 verlor die Japanische Raumfahrtbehörde deshalb den Kontakt zu zwei ihrer Satelliten.

Dieses Risiko nimmt nun ab, doch die ausbleibenden Sonnenflecken haben für Satelliten in tieferen Umlaufbahnen noch einen weiteren Vorteil: Im solaren Minimum sinkt die abgestrahlte Leistung der Sonne um etwa ein Watt auf 1366  Watt pro Quadratmeter. Wegen der verminderten Einstrahlung im Radiowellenbereich kühlen die oberen Schichten der Atmosphäre leicht ab, was die Luft etwas dünner macht. Satelliten verspüren so eine geringere Reibung und verbrauchen bei gleichbleibender Höhe weniger Treibstoff.

Nachteil durch schwächeres Magnetfeld

Das solare Minimum hat jedoch auch eine Schattenseite, denn dadurch schwächen sich Sonnenwind und solares Magnetfeld ab. Zusammen dienen sie der Erde als Schutzschild für die kosmische Strahlung: Bis zu einem Sechstel mehr hochenergetische Wasserstoff- und Heliumkerne gelangen während eines solaren Minimums in die oberen Schichten der Erdatmosphäre. Schon länger wird vermutet, dass die Teilchen aus den Tiefen des Alls als Keime bei der Wolkenbildung dienen und somit einen Einfluss auf das Klima haben könnten. Uneinig sind sich Forscher allerdings, ob mehr Wolken eher verhindern, dass Wärme abgestrahlt wird, oder ob sie einen größeren Teil der Sonnenstrahlung reflektieren – und kühlend wirken.

Sonneneruption vom 7. Juni 2011
© NASA, Solar Dynamics Observatory
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Am 7. Juni 2011, um 08:41 MESZ, wurden Magnetfelder über dem Sonnenfleckenkomplex 1226-1227 instabil und führten zu einem koronalen Massenauswurf.
Unabhängig davon hat die geringe Sonnenaktivität während eines solaren Minimums vermutlich einen relativ kleinen Einfluss auf das Erdklima. Wie Forscher vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung vergangenes Jahr in einer Modellrechnung zeigen konnten, würde selbst ein Maunder-Minimum bis 2100 lediglich zu einer Abkühlung von 0,3 Grad Celsius führen. Verglichen mit der erwarteten Erwärmung der Erde um 4 Grad Celsius durch den Klimawandel fiele dies allerdings kaum ins Gewicht.

Ob es zu dem jahrzehntelangen Minimum allerdings überhaupt kommt, muss sich erst noch zeigen. Letztendlich habe man bei einem chaotischen System wie der Sonne erst dann Gewissheit, wenn es tatsächlich soweit ist, meint Hardi Peter: "Das Verhalten der Sonne vorherzusagen ist so schwierig wie eine Wahlprognose."