Wie der CO2-Anstieg geomagnetische Stürme beeinflusst

Wenn die CO2-Konzentration in der Atmosphäre steigt, hat das Auswirkungen auf das Leben auf der Erde. Aber auch Satelliten, die eine wichtige Rolle für die Navigation, Kommunikation und Erdbeobachtung haben, könnten davon betroffen sein. 

Darauf macht eine aktuelle Studie, die im Journal Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, aufmerksam. „Die Art und Weise, wie die Energie der Sonne die Atmosphäre beeinflusst, wird sich in Zukunft ändern, da die Hintergrunddichte der Atmosphäre anders ist und dies zu einer anderen Reaktion führt“, sagt Hauptautor Nicolas Pedatella. 

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Wie Sonnenstürme entstehen 

Steigt die Konzentration von CO2, führt das in der unteren Atmosphäre dazu, dass sie sich erwärmt. Die obere Atmosphäre wird dadurch aber kälter, was daran liegt, dass Kohlendioxid die gespeicherte Wärme in diesen Höhen an den Weltraum abgibt.

Durch diese steigenden CO2-Werte könnten sich die Auswirkungen von geomagnetischen Stürmen auf die obere Erdatmosphäre verändern. Diese Stürme, die auch Sonnenstürme genannt werden, entstehen, wenn geladene Teilchen, die die Sonne in den Weltraum geschleudert hat, auf die Erde treffen.  

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Welche Auswirkungen CO2 hat 

Durch die höhere CO2-Konzentration wird die obere Atmosphäre nicht nur kälter, sondern auch dünner. Das haben die Forscher festgestellt, indem sie Simulationen auf einem Supercomputer durchführten. Sie untersuchten die Auswirkungen auf die Dichte der Atmosphäre des geomagnetischen Sturms, der vom 10. bis zum 11. Mai 2024 stattfand. 

Die Wissenschafter haben dann verglichen, wie die Atmosphäre auf diesen Sturm im Jahr 2016 reagiert hätte und wie sich diese Reaktion in Zukunft verändern wird. Also in den Jahren 2040, 2061 und 2084 - in diesen Jahren wird die Sonnenaktivität besonders gering sein bzw. sind die Forscher von einer erhöhten CO2-Konzentration zu diesen Zeitpunkten ausgegangen. 

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Absolute Dichte nimmt ab, relative Dichte nimmt zu 

Wenn die Dichte in der sogenannten Thermosphäre abnimmt, bedeutet das weniger Reibung und Luftwiderstand, was gut für die Satelliten ist: Sie benötigen weniger Treibstoff, um in ihrer Umlaufbahn zu bleiben. Das Problem sei aber folgendes: Trifft ein Sonnensturm auf diese dünnere Atmosphäre, ist der relative Anstieg der Dichte stärker als heute. 

Konkret haben die Forscher berechnet, dass die Dichte der oberen Atmosphäre im Laufe eines Sonnensturms um 20 bis 50 Prozent abnehmen könnte, wenn die CO2-Konzentration steigt. Der Anstieg der relativen Dichte könnte dadurch aber verdreifacht werden, während ein Sonnensturm heute die Dichte nur verdoppelt. Der gleiche Sonnensturm hat in einer dünneren Atmosphäre also einen proportional größeren Einfluss. 

Zukünftige Satellitenmissionen 

Diese höheren Dichtespitzen können den Luftwiderstand erhöhen, mit dem Satelliten konfrontiert sind. „Für die Satellitenindustrie ist dies eine besonders wichtige Frage, da Satelliten für bestimmte atmosphärische Bedingungen ausgelegt werden müssen“, sagt Pedatella.

Laut den Forschern müsse man also nicht nur die Sonnenaktivität, sondern auch Veränderungen auf der Erde berücksichtigen, wenn man Satellitenmissionen plant. Denn baut man Satelliten wie bisher nur so, dass sie mit einer doppelten Dichte der Atmosphäre während eines Sonnensturms zurechtkommen, könnte das zukünftig nicht reichen. So könnte etwa die Manövrierfähigkeit eingeschränkt sein, wodurch es zum Absturz oder zu Zusammenstößen mit anderen Satelliten kommen kann.