Geomagnetischer Sturm

Als geomagnetischer Sturm wird die Störung der Magnetosphäre der Erde bezeichnet. Sie entstehen, wenn der Sonnenwind das Magnetfeld der Erde beeinflussen. Besonders nach koronalen Maseauswürfen oder erhöhtem Sonnenwind durch koronale Löcher ist mit einem geomagnetischem Sturm zu rechnen. Die Störung der Magnetosphäre wird mit Hilfe des DST-Index [nT] angegeben. Der DST-Index wird stündlich ermittelt und kann auf der Website des Data Analysis Center for Geomagnetism and Space Magnetism eingesehen werden. Für das Auftreten von Polarlichtern in Deutschland muss der DST-Index einen möglichst niedrigen, negativen Wert aufweisen. Ab einem DST-Index von etwa -200nT kann man von einem heftigen geomagnetischen Sturm mit wahrscheinlich starken Polarlichtern sprechen. Allerdings ist der DST-Index kein zuverlässiger Wert zur Vorhersage von Polarlichtern, da er stündlich ermittelt wird. Im Jahr 1989 kam es zu einem heftigen geomagnetischen Sturm, der das Stromnetz von Montreal (Kanada) ausfielen lies. Der DST-Index lag an diesem Tag bei -590nT.

Ein Magnetometer ist ein Apparat zu Messung der magnetischen Flussdichte. Dieses Instrument ist das wichtigste zur zeitnahen Bestimmung von Polarlicht. Magnetometer sind weltweit verteilt und liefern ortsgebundene Echtzeitdaten.

Aus einem Netzwerk von mehreren Magnetometern kann bestimmt werden wo sich in etwa das Polarlichtoval befindet. Das Tromsø Geophysical Observatory betreibt so ein Netzwerk. Eine schön aufbereitete Grafik in den man die Standorte samt Magnetometer sieht, gibt es hier: KLICK Wichtige Magnetometer sind in Kiruna (SE), Scheggerott (DE), Gudensberg (DE) und Bellinzona (CH) stationiert.

Alle Magnetometer zeigen die aktuelle Ausrichtung des Magnetfeldes am jeweiligen Ort der Erde. Die einzelnen Graphen repräsentieren dabei die Magnetfeldstärke im Raum in den Richtungen X, Y und Z. Bei geomagnetischen Stürmen schlagen die Graphen der Magnetometer aus. Je größer so ein Ausschlag ist, desto wahrscheinlicher ist das Auftreten von Polarlichtern. Die Stärke der Ausschläge innerhalb von je 3 Stunden werden mit Hilfe des K-Index zusammengefasst. Der K-Index reicht von 0 - 9. Je höher der Wert ist, desto stärker war der geomagnetische Sturm. Möchte man also eine zeitnahe Warnung für das Auftreten von Polarlichtern, dann sollte man immer die Magnetometer im Auge behalten. Am besten eignen sich die Magnetometer in Schweden (Kiruna). Die folgenden Beispiele zeigen Ausschläge von verschiedenen Magnetometern.

Die GOES-Satelliten befinden sich auf einer geostationären Umlaufbahn um die Erde herum. Dabei liegen sie im Einflussbereich des Magnetfeldes der Erde und können dieses Messen. Die Grafik unten zeigt die aktuelle Stärke des Erd-Magnetfelds. Die "Wellenberge" kommen dadurch zustande, dass das Magnetfeld auf der Tagesseite, also von wo aus der Sonnenwind bläst, stärker zusammengedrückt wird und dadurch schwächer ist. Die GOES-Satelliten befinden sich auf einer geostationären Umlaufbahn, d.h. ihr gedachter Schatten befindet sich immer am gleichen Punkt auf der Erdoberfläche. Somit umkreisen sie die Erde in 24h. Das ist der Grund weshalb die "Wellenberg" im unteren Plot 24h-periodisch sind.

Manchmal drückt der Sonnenwind (z.B. durch einem CME) das Magnetfeld der Erde so stark zusammen, dass die geostationären Satelliten den Einflussbereich des Magnetfeldes verlassen. Sie durchdringen dann die Magnetopause und befinden sich im interstellaren Raum. Einen Magnetopause-Durchgang erkennt man an den Magnetometern der GOES-Satelliten. Wenn die Magnetfeldstärke abrupt unter Null sinkt, also der Plot abreißt, dann durchdringt der Satellit die Magnetopause. Magnetospause-Durchgänge sind ein Indiz für heftige geomagnetische Stürme und folglich für starke Polarlichter.

Der KP-Index ist ein globaler Wert zur Bestimmung der Stärke eines geomagnetischen Sturms. Dabei fließen die Werte verschiedener Magnetometer in den KP-Index ein. Der KP-Index wird aus den Daten von 13 weltweit verteilten Observatorien bestimmt. Jedes Observatorium bestimmt dabei den K-Index für den eigenen Standort. Die Daten jeder Station werden im GFZ-Potsdam gesammelt und ausgewertet.

Der KP-Index ist ein relativ sicherer Indikator für das Erscheinen von Polarlichtern in Deutschland. Grob lässt sich sagen:

• KP = 6 - selten
• KP = 7 - zu 50%
• KP = 8 - fast immer
• KP = 9 - immer

Es wurden allerdings auch schon Polarlichter bei niedrigeren KP-Werten beobachtet. Jedoch sollte man beachten, dass der KP-Index über einen Zeitraum von 3 Stunden bestimmt wird. Liegt ein hoher KP-Index vor, dann kann es sein, dass man das Maximum vom Polarlicht verpasst hast. Deshalb sollte man den KP-Index niemals zur Vorhersage für mögliche Polarlichter heranziehen, sondern lieber auf die Werte des ACE-Satelliten oder die Magnetometer gucken.