Am 31. Mai 2025, in den frühen Morgenstunden, brachen mehrere Milliarden Tonnen geladener Teilchen aus der Sonne hervor und rasten in unsere Richtung. Die Raumfahrzeuge der „ “ verfolgten den gewaltigen Plasmaausbruch und ermöglichten es den US-Behörden, innerhalb eines Zeitraums von 12 Stunden vorherzusagen, wann er die Erde erreichen würde. Mithilfe neuer Aufnahmen der stürmischen äußeren Atmosphäre der Sonne konnten die Experten den Zeitpunkt des Eintreffens des Sonnensturms im Nachhinein jedoch noch genauer – mit einer Genauigkeit von nur einer halben Stunde – bestimmen .
Diese Präzision gewährleistet PUNCH, eine NASA-Mission, die einen Bereich beobachtet, der hinsichtlich des Weltraumwetters bislang als „blinder Fleck“ galt. Wie eine empfindliche 3D-Kamera, deren Sichtfeld die Hälfte des Himmels abdeckt, beobachtet PUNCH alles, was die Sonnenatmosphäre verlässt und auf uns zukommt. „Wir können das Weltraumwetter im gesamten inneren Sonnensystem verfolgen“, sagt Craig DeForest, der leitende Forscher der Mission. Der Forscher und seine Kollegen haben nun nachgewiesen, dass sie anhand dieser Beobachtungen auf die Minute genau hätten vorhersagen können, wann der Sturm von 2025 auf das Erdmagnetfeld treffen und Satelliten, Stromnetze und andere Technologien gefährden würde.
Heutige Weltraumwettervorhersagen extrapolieren aus Beobachtungen in der Nähe der Sonne, um das Eintreffen von Sonnenstürmen vorherzusagen. Doch der Weg einer riesigen Plasmamasse hängt auch davon ab, mit welcher Umgebung sie auf ihrem Weg in Wechselwirkung tritt. Howard Singer, leitender Forscher am Weltraumwetter-Vorhersagezentrum der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), vergleicht die Situation damit, als würde man einen Hurrikan beobachten, der sich vor der Westküste Afrikas bildet, und zu versuchen, vorherzusagen, wann er Florida erreichen könnte. Wenn unsere nächste Beobachtung erst unmittelbar vor dem Erreichen der Küste Floridas erfolgt, anstatt irgendwo auf dem Weg dorthin, bieten unsere Vorhersagen nur eine begrenzte Warnung – und genau so genau werden sie auch sein. „Genau in dieser Situation befinden wir uns derzeit bei Phänomenen, die von der Sonne ausgehen“, sagt er.
Für die Weltraumwettervorhersager wäre der Einsatz von Satelliten, die die die Erde erreichenden Phänomene verfolgen, eine große Hilfe, sagt DeForest. Hier kommt das im März 2025 gestartete PUNCH-System ins Spiel. Das System umfasst vier synchronisierte Satelliten, die in einer Höhe von etwa 620 Kilometern die Erde umkreisen und mit der Sonne im Zentrum einen 90°-Streifen des Himmels abfotografieren. Ihre Instrumente filtern 99 % des Hintergrundlichts heraus, um den Sonnenscheibausschnitt und die Plasmaausbrüche sichtbar zu machen. PUNCH erhöht die Sichtbarkeit rund um die Sonne enorm, sagt Lisa Upton, Sonnenphysikerin am Southwest Research Institute.
DeForest und seine Kollegen wollten untersuchen, wie diese verbesserte Sichtbarkeit zur Vorhersage beitragen kann. Zu diesem Zweck verfolgten sie die koronale Massenauswurf (CME) im Mai 2025, während sie die Sonne verließ. Dabei speiste das Team die PUNCH-Daten in ein Modell ein, das die wechselnde Größe und Form der CME – die nach Beschreibung der Forscher einem „absurden Schneeball“ ähnelt – zur Vorhersage der Ankunftszeit nutzt.
Die CME, die sich mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 1.380 Kilometern pro Sekunde bewegte, erreichte die Erde in knapp 30 Stunden und löste einen geomagnetischen Sturm der Stärke G4 aus, der schwerwiegend genug war, um eine Gefahr für die Infrastruktur darzustellen. Mit Modellen, die die PUNCH-Beobachtungen nutzen, hätte man den Zeitpunkt der Ankunft am 1. Juni genau bestimmen können – zwischen 5:00 und 5:30 Uhr morgens Greenwich-Zeit –, sodass die Satelliten, die Stromversorger und die Betreiber anderer Systeme sich acht Stunden im Voraus auf das Ereignis hätten vorbereiten können.
Nun folgt der schwierige Teil der Arbeit: die Analyse von Dutzenden weiterer, von PUNCH verfolgter CMEs, um zu prüfen, wie genau die Daten deren Ankunftszeitpunkt hätten vorhersagen können. Wenn PUNCH gute Ergebnisse liefert, könnten seine Daten auch in anderen Forschungsmodellen zur Weltraumwettervorhersage verwendet werden. „Zahlreiche Modelle versuchen, dasselbe vorherzusagen, aber wir benötigen Datensätze, um zu überprüfen, welches davon das richtige ist“, sagt Jamie Favors, Leiter des Weltraumwetterprogramms der NASA.
Die Prognostiker testen bereits den Prototyp namens QuickPUNCH, um zu beurteilen, inwieweit die Vorhersage des Ankunftszeitpunkts von CMEs durch die Flut von Bildern, die zwar von etwas geringerer Qualität sind, aber kontinuierlich eintreffen, verbessert werden kann. Natürlich zählt nicht nur der Ankunftszeitpunkt. Die Intensität eines geomagnetischen Sturms hängt zum Teil von der Ausrichtung des im Plasma enthaltenen Magnetfelds ab. Wenn die Ausrichtung dieses Feldes mit dem Erdmagnetfeld übereinstimmt, sind die Auswirkungen des Sturms viel milder, als wenn sie entgegengesetzt wären. Derzeit verfügen wir jedoch erst 30–40 Minuten vor dem Eintreffen über diese Informationen. Durch die Erfassung des sichtbaren Lichts und seiner Polarisation kann PUNCH jedoch die Front der herannahenden CME räumlich erfassen, was es den Forschern ermöglicht, bereits Stunden vor dem Eintreffen die Stärke und Richtung des Magnetfelds der Front zu modellieren.
DeForest betont gerne, dass PUNCH nicht nur ein Wachposten für das Weltraumwetter ist. Für ihn ist einer der befriedigendsten frühen Erfolge der Mission zugleich auch der tiefgreifendste. Als PUNCH auf das blickte, was er als „den dynamischen Ozean der Sonnenstürme“ bezeichnet – in dem er sogar den Schweif eines Kometen entdeckte, der im Sonnenwind wehte –, bietet die Mission einen einzigartigen Einblick darin, wo wir uns innerhalb des Sonnensystems befinden.
