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Dr. Birgit Krummheuer
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
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Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen

Auf den Punkt gebracht

  • Schwankungen in der Strahlungsleistung der Sonne können zur Erderwärmung beitragen oder ihr entgegenwirken. Daher müssen Klimaprognosen den Einfluss der schwankenden Sonneneinstrahlung berücksichtigen.
  • Die Strahlungsleistung der Sonne ist besonders hoch, wenn diese besonders aktiv ist. Sie schwankt in einem Zyklus von elf Jahren, unterliegt aber auch langfristigen Trends.
  • Mit Beobachtungen des Magnetfeldes der Sonne, mit der Zahl der Sonnenflecken und Daten zu Isotopen kosmischen Ursprungs verfeinern Astronomen des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung ihr Modell der Sonneneinstrahlung (TSI).

Die Sonne als Wandelstern

Die Sonne als Wandelstern

Die Sonne ist der wichtigste Energiespender der Erde und Motor des Klimas. Doch sie schickt mal mehr, mal weniger Licht zur Erde. Astronomen um Natalie Krivova erfassen am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen diese Schwankungen der Sonnenstrahlung in Modellen, um herauszufinden, ob die Veränderungen zur Erderwärmung beitragen oder ob sie ihr entgegenwirken.
Klimamotor mit zyklischem Betriebsmodus: Die Strahlungsleistung der Sonne variiert in einem Elfjahresrhythmus, aber auch über längere Zeiträume. Wenn die Sonne besonders aktiv ist, treten an ihrer Oberfläche viele dunkle Sonnenflecken und helle Faculae auf. Bild vergrößern
Klimamotor mit zyklischem Betriebsmodus: Die Strahlungsleistung der Sonne variiert in einem Elfjahresrhythmus, aber auch über längere Zeiträume. Wenn die Sonne besonders aktiv ist, treten an ihrer Oberfläche viele dunkle Sonnenflecken und helle Faculae auf. [weniger]

TEXT TIM SCHRÖDER

Für meine Arbeit brauche ich eigentlich nur zwei Dinge“, sagt Natalie Krivova und lacht, „einen Computer und Zeit.“ Das ist erstaunlich, denn Natalie Krivova ist Astronomin und befasst sich mit jenem Himmelskörper, der für das Leben auf der Erde am wichtigsten ist – der Sonne. „Trotzdem habe ich bislang nur selten durch ein Teleskop geschaut.“ Die Wissenschaftlerin arbeitet in einem kleinen Büro im Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen. An der Wand hängt eine weiße Schreibtafel. Krivova hat mit grünem Filzstift eine lachende Sonne in die Ecke gemalt. Die Sonne ist ihre Passion.

Naturforscher beobachten den Stern schon seit 400 Jahren, seit Galileo Galilei das erste leistungsfähige Fernrohr entwickelte. Seitdem hat die Menschheit viel über den gigantischen, heißen Gasballon gelernt. Doch manche Details sind noch unklar. Früher nahmen Forscher an, dass die Sonne stets gleich stark strahle, und ersannen dafür den Begriff der Solarkonstante. Doch inzwischen wissen sie es besser: Die Strahlungsstärke der Sonne schwankt – und das ist für den Planeten Erde von Bedeutung. Denn das irdische Leben ist von der Sonnenstrahlung abhängig.

Und mit der Diskussion um den Klimawandel hat das Thema Sonnenstrahlung in den vergangenen Jahren zusätzlich an Bedeutung gewonnen. Die Frage ist, ob auch die Sonne einen Anteil an der langsamen Erderwärmung hat – und falls ja, wie groß dieser ist – oder ob eine nachlassende Sonnenaktivität dem vom Menschen verursachten Klimawandel sogar entgegenwirkt.

Klimamodelle müssen die Sonnenaktivität mitrechnen

Natalie Krivova und ihre Mitarbeiter wollen helfen, diese Frage zu beantworten. Sie haben an ihren Computern physikalische Rechenmodelle entwickelt, die die Veränderungen der Sonnenaktivität über viele Jahrhunderte simulieren. Das ist für Klimaforscher essenziell wichtig: „Wenn ich herausfinden will, wie stark sich das Klima durch den Ausstoß von Treibhausgasen verändert, dann muss ich natürlich auch alle anderen Einflüsse richtig abschätzen können“, sagt Krivova. „Und die Sonne ist als Hauptenergielieferant der Erde nun einmal die wichtigste Einflussgröße.“ Kein Klimamodell könne zuverlässige Daten liefern, wenn die Sonnenaktivität nicht richtig mitgerechnet wird, sagt sie. Natürlich kennen Wissenschaftler heute die wichtigsten Größen der Sonnenaktivität. Dort, wo das Sonnenlicht senkrecht einfällt, trifft auf einen Quadratmeter Erdatmosphäre eine Leistung von rund 1360 Watt. Dieser über alle Wellenlängen des Lichts, von Ultraviolett bis Infrarot, aufsummierte Wert heißt Total Solar Irradiance (TSI, Leistungsdichte der gesamten Sonneneinstrahlung). Wie viel Energie auf der Erdoberfläche – auf den Kontinenten und der Meeresoberfläche – ankommt, hängt aber von der Wellenlänge des Sonnenlichts ab. So wird ultraviolettes Licht in den oberen Schichten der Atmosphäre fast gänzlich ausgebremst. Daher ist es wichtig, Wellenlängen einzeln zu betrachten.

Am Puls der Sonne: Theodosios Chatzistergos, Natalie Krivova, Kok Leng Yeo und Alexander Shapiro (von links) erfassen die Schwankungen der solaren Strahlungsleistung in Modellen, die in Klimasimulationen berücksichtigt werden. Bild vergrößern
Am Puls der Sonne: Theodosios Chatzistergos, Natalie Krivova, Kok Leng Yeo und Alexander Shapiro (von links) erfassen die Schwankungen der solaren Strahlungsleistung in Modellen, die in Klimasimulationen berücksichtigt werden. [weniger]

Die Intensität der Sonnenstrahlung schwankt in einem etwa elfjährigen Rhythmus. Dieses Auf und Ab fällt zusammen mit dem vermehrten Auftreten und Verschwinden von Sonnenflecken – dunkler Flächen auf der Sonne. Die größten von ihnen sind mit bloßem Auge von der Erde aus erkennbar.

Schon chinesische Naturforscher hatten vor Jahrhunderten Sonnenflecken beschrieben. Der deutsche Apotheker und Hobbyastronom Samuel Heinrich Schwabe war der Erste, der sie ab 1843 systematisch erfasste. Doch erst als die Menschen in den 1970er-Jahren Satelliten mit Messgeräten ins All schossen, erkannten Astronomen, dass sich mit dem Zyklus der Sonnenflecken auch die Strahlungsleistung der Sonne ändert. Auf der Höhe des Elfjahreszyklus, wenn besonders viele Sonnenflecken zu sehen sind, ist die Sonnenstrahlung am stärksten. Heute weiß man, dass die TSI in dieser Phase um etwa ein Watt zunimmt. Während des Sonnenfleckenminimums wiederum sind dann kaum noch Flecken zu sehen. Die Leistung nimmt in dieser Zeit ab.

 
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