Sonnensturm-Prognose

KI-Tool aus Graz gegen die Gefahr aus dem All

Sonneneruptionen können solare Stürme auslösen, die auf der Erde als Polarlichter zu sehen sind. Sie sind eine Gefahr für Satelliten.

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Energetische Eruptionen auf der Sonne können Störungen im Erdmagnetfeld hervorrufen, die technische Systeme im Weltraum und der Erde beeinträchtigen können. Eine Methode, die solche massiven Ereignisse besser vorhersagbar machen soll, haben Forscher der Universität Graz und des Skoltech Instituts in Moskau mithilfe von KI entwickelt. Sie wurde in der jüngsten Ausgabe des Fachmagazins „Nature Astronomy“ vorgestellt.

Die Sonne sendet ständig Strahlung und geladene Teilchen in den Weltraum. Ist dieser Teilchenstrom (Sonnenwind) in einem begrenzten Gebiet der Sonne für kurze Zeit deutlich stärker, wird das Sonneneruption genannt. Die Erde ist eigentlich durch ihr Magnetfeld und die Atmosphäre geschützt, erklärt Robert Jarolim vom Institut für Physik der Universität Graz. 

Wenn jedoch bei massiven Sonnenstürmen die freigesetzte hochenergetische Strahlung und Teilchen einer Sonneneruption auf das Magnetfeld der Erde treffen, kann das zu erheblichen Schäden führen: Stromnetze oder Kommunikations- und Navigationssysteme und der Flugverkehr könnten zusammenbrechen, Satelliten zerstört werden.

Besseres Verständnis für das Weltraumwetter
Seit Jahrzehnten gibt es Bestrebungen, durch ein tief gehendes Verständnis der hochenergetischen Prozesse, genauere Vorhersagen solcher Ereignisse und über mögliche Auswirkungen machen zu können. „Wir müssen den Zusammenhang zwischen unseren Beobachtungen und der zugrunde liegenden Physik besser verstehen, die zeitliche Entwicklung besser beschreiben und modellieren, um aus Simulationen wiederum ein besseres Verständnis für das Weltraumwetter zu erhalten“, schildert Jarolim.

Um ein besseres Verständnis dieser Phänomene zu erlangen, sowie diese zu überwachen, wird die Sonne ständig von einem Netzwerk bodengebundener Observatorien und Weltraumteleskopen beobachtet. Dem jungen Grazer Physiker ist es mit Kollegen aus Moskau gelungen, das Magnetfeld in den oberen Schichten der Sonnenatmosphäre zu simulieren, in denen Eruptionen entstehen. „In diesen Bereichen sind Messungen nicht möglich. Wir brauchen daher Modellierungen, um die Vorgänge beschreiben und verstehen zu können“, erklärte der Hauptautor der „Nature“-Publikation.

Das Forscherteam fokussiert auf die Sonnenflecken. „Das sind Gebiete mit sehr starkem Magnetfeld“, sagt Jarolim. Er möchte mithilfe von künstlicher Intelligenz die automatisierte Beobachtung vorantreiben. Dafür nutzt der Physiker mit jahrelanger Erfahrung in der Softwareentwicklung neuronale Netzwerke. „Wir können flexibler Daten einbinden und finden dadurch flexibler Lösungen“, so Jarolim. 

Die Daten werden mit physikalischen Modellen kombiniert, um die Vorgänge in den oberen Schichten der Sonnenatmosphäre zu simulieren. Mit der neuen Methode könne zudem die Dauer der Berechnung „deutlich reduziert“ werden. Das ermöglicht es, „fast in Echtzeit neue Daten einzupflegen“, sagt der Astrophysiker. Die Simulation von fünf Beobachtungstagen erforderte demnach weniger als zwölf Stunden Gesamtberechnung.