Eine Besonderheit auf der meist strahlend hellen Oberfläche unseres Zentralgestirns haben Menschen schon vor Jahrhunderten immer wieder entdeckt, ohne dafür zunächst eine Erklärung zu haben: Sonnenflecken. Die Schwankung der Sonnenaktivität soll das Wetter und sogar das Klima beeinflussen.
Frühe Berichte darüber gibt es aus China und Griechenland, Beobachtungen im Mittelalter wurden nicht weiterverfolgt, da man sich die Sonne nur „makellos“ vorstellen dufte. Wenn überhaupt, dann konnten nur bislang unentdeckte Objekte zwischen Erde und Sonne oder besondere Wolken die Ursache sein. Erst mit der Erfindung des Fernglases begann die genauere Erforschung dieses Phänomens.
Entdeckung der Sonnenflecken
Die Astronomen Christoph Scheiner und Galileo Galilei beschrieben Anfang des 17. Jahrhunderts unabhängig voneinander Sonnenflecken, auch andere Forscher entdeckten sie nun. Doch ihre Entstehung und Beschaffenheit blieb weiterhin unklar; Galilei vermutete Wolken auf der Sonne. Für einen langen Zeitraum von 1645 bis 1715 wurden dann keine Sonnenflecken mehr gesehen und ihr Auftreten geriet fast in Vergessenheit.
Doch im 18.Jahrhundert aktivierten neue Beobachtungen das wissenschaftliche Interesse; Christian Petersen Horrebow erkannte als erster das periodische Auftreten von Sonnenflecken. Diese regelmäßige Abfolge in der Häufigkeit untersuchte im 19. Jahrhundert Samuel Heinreich Schwabe aus Dessau genauer und beschrieb die Abnahme und Zunahme der Flecken über einen Zeitraum von 15 Jahren.
Er unterbreitete seine Ergebnisse dem Direktor der Züricher Sternwarte Rudolf Wolf, der mit diesen und weiteren Beobachtungsergebnissen eine etwa 11-jährige Schwankung berechnete, den sogenannten „Sonnenflecken- oder auch Schwabezyklus“. Er datierte diese Zyklen dann auch und wählte als Startpunkt den 0. Zyklus mit seinem Maximum im Jahre 1749.
Die von ihm begründete „Züricher Beobachtungsreihe der Sonnenflecken“ gilt als die älteste bis in die Gegenwart durchgeführte Zeitreihe. Außerdem entdeckte Wolf den Zusammenhang zwischen Sonnenflecken und Schwankungen im irdischen Magnetfeld und entwickelte eine Messgröße für Sonnenflecken, die sogenannte „Sonnenfleckenrelativzahl“.
Die naheliegende Vermutung, dass in Zeiten mit vielen dunklen Flecken auf der Sonnenoberfläche auch weniger Energie abgestrahlt würde, erwies sich als falsch. Tatsächlich ist es genau umgekehrt:
Je mehr und je größere Sonnenflecken registriert werden, desto höher ist auch die Strahlungsleistung der Sonne.
Schwankung der Sonnenaktivität: Sonnenfleckzyklus
Diese Erkenntnis war verbunden mit der Entdeckung, dass die Sonnenflecken vom Magnetfeld der Sonne verursacht werden und das dieses für den starken Ausstoß von Energie verantwortlich ist. Es sorgt auch dafür, dass die Temperatur im Bereich der Flecken um rund 1500 Grad unter der der sonstigen Sonnenoberfläche liegt; in deren Umfeld strahlt die Sonne dafür umso stärker. Mit dem Sonnenfleckzyklus wechselt auch das Magnetfeld der Sonne seine Polarität: Da, wo zunächst der magnetische Südpol ist, ist anschließend der Norden und auf der anderen Seite umgekehrt.
Nach weiteren 11 Jahren wechselt die Polarität erneut, so dass eigentlich erst nach 22 Jahren ein kompletter Durchgang abgeschlossen ist – eine Periode die nach ihrem Entdecker als „Halezyklus“ bezeichnet wird.
Die moderne Forschung hat mittlerweile diesen Sonnenfleckenzyklus sehr genau untersucht und über indirekte Nachweise in Eisbohrkernen und Erdablagerungen auch für weit zurückliegende Zeiträume bestimmt. Dabei fiel schon bald auf, dass die Zyklen nicht immer gleich stark sind und, noch bedeutsamer, dass sie manchmal völlig aussetzen. Naheliegenderweise stellte sich dabei die Frage, welche Auswirkungen das auf das irdische Klima hatte. Und dabei zeigte sich Verblüffendes:
Phasen mit geringer Sonnenaktivität, also Zeiten, in denen es nur sehr wenige oder keine Sonnenflecken gab, waren gekoppelt mit deutlicher Abkühlung.
Als besonders schönes Beispiel gilt die sogenannte „Kleine Eiszeit“, deren Höhepunkt genau mit der Zeit ohne Sonnenflecken im 17. Jahrhundert übereinstimmt. Umgekehrt ist aber auch nachzuweisen, dass eine über Jahrzehnte sehr hohe Sonnenaktivität mit vielen Sonnenflecken im Mittelalter stattgefunden haben muss – dieses Klimaoptimum ermöglichte den Wikingern die Besiedlung von Grönland.
Einfluss der Sonnenflecken auf das Wetter und Klima
Es ist ein weiteres kosmisches Zusammenspiel, dass die solaren Schwankungen in unsere Erdatmosphäre transferiert: Das Magnetfeld der Sonne beeinflusst den Anteil der kosmischen Strahlung, die unsere Erde erreicht. Aufwendige Forschungen seit Beginn der 2000er Jahre haben gezeigt, dass immer dann, wenn viel kosmische Strahlung in die Erdatmosphäre eindringt, der Anteil kleiner Aerosole deutlich ansteigt.
Diese winzigen Zusammenballungen von Schwefelsäure- und Wassermolekülen wachsen allmählich zu größeren Kondensationskeimen heran, an denen sich dann Wolkentröpfchen bilden können. So zeigt sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Sonnenaktivität und den Bewölkungsverhältnissen auf der Erde:
Hohe Aktivität verringert den Anteil eintreffender kosmischer Strahlung und damit den Wolkenanteil, geringe Aktivität begünstigt die Wolkenbildung.
Damit lassen sich also die natürlichen Klimaschwankungen der Vergangenheit und das Wetter gut in unser Bild vom Einfluss der Sonnenflecken auf das irdische Geschehen einfügen. Indem wir die natürlichen Klimaschwankungen der Vergangenheit betrachten und mit den Beobachtungen der Sonnenfleckenaktivität in Beziehung setzen, können wir ein umfassenderes Bild davon erhalten, wie die Sonne das Klima auf der Erde beeinflusst.
Indem wir die natürlichen Klimaschwankungen der Vergangenheit analysieren und mit den Beobachtungen der Sonnenfleckenaktivität verknüpfen, können wir erkennen, dass die Sonne ein bedeutender Faktor für die Variationen des Klimas und des Wetters auf der Erde ist. Es ist wichtig zu beachten, dass die menschliche Aktivität, insbesondere der Ausstoß von Treibhausgasen, ebenfalls einen erheblichen Einfluss auf das Klima hat. Dieser anthropogene Einfluss kann die natürlichen Variationen verstärken oder abschwächen, aber die Sonne bleibt eine wesentliche Komponente bei der Modellierung und Erklärung des Klimasystems.
