Ein geomagnetischer Sturm galt bislang als Naturereignis mit eingebauter Bremse, weil die elektrischen Ströme in der Hochatmosphäre ab einer bestimmten Stärke des Sonnenwinds scheinbar nicht weiter zunehmen. Eine neue Auswertung von mehr als einer Million Einzelmessungen stellt diese Bremse nun grundlegend infrage. Der Grund liegt nicht in der Physik der Magnetosphäre, sondern in der Art und Weise, wie der Sonnenwind seit Jahrzehnten erfasst wird. Für Betreiber von Stromnetzen, Satelliten und Navigationsdiensten verschiebt sich damit die Messlatte für das, was ein extremer Sonnensturm anrichten kann.
Greenbelt (U.S.A.). Die Sonne schleudert ununterbrochen ein dünnes, elektrisch geladenes Gas in den Raum, das als Sonnenwind bis weit über die Erdbahn hinausreicht und mit Geschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Sekunde unterwegs ist. Trifft dieser Teilchenstrom auf das Erdmagnetfeld, staucht er die Magnetosphäre auf der Tagseite zusammen und zieht sie auf der Nachtseite zu einem langen Schweif aus. Bei starken Eruptionen und koronalen Massenauswürfen wächst die Energiezufuhr so weit an, dass ein geomagnetischer Sturm entsteht, der kräftige Ströme in der Ionosphäre und bis hinunter in metallische Leitungen an der Erdoberfläche antreibt. Die Aktivität der Sonne folgt dabei einem rund elfjährigen Zyklus, dessen jüngstes Maximum die Fachwelt aufmerksam verfolgt hat. Sichtbar wird dieses Zusammenspiel für die meisten Menschen nur als Polarlichter, doch die technischen Folgen reichen weit über das Naturschauspiel hinaus und betreffen Satelliten, Funkverbindungen und Hochspannungsnetze gleichermaßen.
Seit Jahrzehnten gilt in der Forschung zum Weltraumwetter eine Regel, die auf den ersten Blick beruhigend wirkt. Je stärker der Sonnenwind auf die Magnetosphäre drückt, desto kräftiger fallen die elektrischen Ströme in der Hochatmosphäre aus, doch oberhalb einer bestimmten Antriebsstärke scheint dieser Zusammenhang abzuflachen. Fachleute sprechen von Sättigung und leiten daraus ab, dass selbst ein außergewöhnlich heftiger Ausbruch der Sonne die Erde nicht beliebig hart treffen kann. Genau diese Annahme hat ein Team um den Weltraumphysiker Nithin Sivadas überprüft, und wie die Darstellung des NASA Goddard Space Flight Center zur Analyse festhält, stützt sich die Neubewertung auf Messdaten aus unmittelbarer Erdnähe. Wie empfindlich moderne Infrastruktur auf solche Ereignisse reagiert, zeigte zuletzt der Gannon-Sturm im Mai 2024, bei dem die Ionen des Ringstroms überwiegend aus der Erdatmosphäre stammten und das Magnetfeld zusätzlich schwächten.
Der Kern der Neubewertung liegt darin, wo der Sonnenwind gemessen wird. Die meisten Referenzdaten stammen von Sonden am Lagrange-Punkt L1, rund 1,5 Millionen Kilometer vor der Erde in Richtung Sonne. Von dort aus lässt sich ein herannahender Sturm zwar mit etwa einer Stunde Vorlauf erkennen, doch der Plasmastrom verändert sich auf dem restlichen Weg, und jede Einzelmessung trägt eine erhebliche Unsicherheit. Genau hier greift ein statistischer Effekt, der als Regression zur Mitte bekannt ist. Wird ein besonders extremer Wert registriert, liegt der tatsächliche Antrieb im Mittel schwächer als angezeigt. Mittelt man viele solcher Ereignisse, entsteht der Eindruck, sehr starke Antriebe erzeugten keine entsprechend starke Reaktion mehr. Die in der Nature-Studie zur Sättigung geomagnetischer Stürme ausgewerteten Daten von mehr als einer Million Messungen erdnaher Sonden zeigen dagegen einen weitgehend linearen Zusammenhang zwischen Antrieb und Reaktion, weil die Erfassung dort deutlich näher an dem liegt, was das Erdmagnetfeld tatsächlich erreicht.
Ohne eine physikalische Obergrenze verschiebt sich die Risikoabschätzung für kritische Infrastruktur spürbar. Nach der Auswertung des Forschungsteams könnten die Folgen extremer geomagnetischer Stürme rund doppelt so groß ausfallen wie in den bisher verwendeten Modellen. Praktisch bedeutet das stärkere geomagnetisch induzierte Ströme, die in ausgedehnten Leitern fließen, sobald sich das Erdmagnetfeld schnell ändert. Betroffen sind vor allem Hochspannungsleitungen, Pipelines und Bahnstrecken, während in Transformatoren zusätzliche Verluste und Überhitzung auftreten können. In Kanada führte ein solcher Vorgang im Jahr 1989 zu einem großflächigen Ausfall der Stromversorgung, und auch mitteleuropäische Stromnetze sind wegen ihrer großen Ausdehnung grundsätzlich anfällig. Für den erdnahen Raum gilt Ähnliches, denn die Hochatmosphäre dehnt sich bei starker Energiezufuhr aus und bremst Satelliten in niedrigen Bahnen ab, wie der Verlust mehrerer Starlink-Satelliten nach einem geomagnetischen Sturm gezeigt hat, der seinerzeit als vergleichsweise moderat eingestuft wurde.
Offen bleibt, wie weit sich der lineare Zusammenhang tatsächlich fortsetzt. Extreme Ereignisse sind selten, entsprechend dünn ist die Datenbasis für die stärksten denkbaren Antriebe, und ein Sturm in der Größenordnung eines Jahrtausendereignisses wurde seit Beginn der Satellitenmessungen nicht beobachtet. Historische Archive deuten jedoch darauf hin, dass die Erde in der Vergangenheit ungleich härter getroffen wurde. Baumringe und Eisbohrkerne belegen Ereignisse mit einem sprunghaften Anstieg des Kohlenstoffisotops 14C, darunter ein Rekordsonnensturm am Ende der letzten Eiszeit, dessen Intensität die stärksten Messwerte der Neuzeit deutlich übertrifft. Für die Vorhersage bedeutet die neue Analyse vor allem, dass Warnsysteme die Unsicherheit der Messungen am Lagrange-Punkt künftig ausdrücklich mitrechnen müssen. Zusätzliche Sonden in Erdnähe und weitere Beobachtungen bei sehr starkem Sonnenwind sollen klären, ob die Reaktion der Erde wirklich unbegrenzt mitwächst oder ob eine physikalische Grenze erst bei noch höheren Werten einsetzt.
Nature, Regression to the mean can explain saturation of geomagnetic storms; doi:10.1038/s41586-026-10757-4