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Magazin für Umwelt- und Tierschutz


 Sonnenaktivität und Klima

Inhalt

1 Was versteht man unter der Aktivität der Sonne?
2 Stärke und Ursachen
    2.1 Was sind die Ursachen der Schwankungen?
    2.2 Woran erkennt man die Stärke der Sonnenaktiviät?
    2.3 Wie lang sind die Zyklen?
    2.4 Welche Wirkung hat das auf den Energiehaushalt der Erde?
    2.5 Was auf der Erde ankommt
3 Woher weis man, wie aktiv die Sonne in der Vergangenheit war?
    3.1 Jahresringe von Bäumen
    3.2 Kohlenstoffisotope in Pflanzen
    3.3 Beobachtungen
4 Wie aktiv war die Sonne in der Vergangenheit?
    4.1 Minima
        4.1.1 Die Kleine Eiszeit
Quellen
Aktualisierungen

1 Was versteht man unter der Aktivität der Sonne?

Nahezu alle Energie der Erde stammt von der Sonne (siehe Grundlagenartikel „Die Quellen der Energie“). Sie setzt sie in ihrem Innern durch Kernfusion von Wasserstoff zu Helium frei. Die freigesetzte Energie durchquert durch Strahlung und Konvektion das Sonneninnere. Schließlich verläßt sie den Stern als elektromagnetische Strahlung nach allen Richtungen. Ein winziger Teil davon trifft auf die Erde (siehe Thema „Energiequelle Sonne“). Hier ist sie für das Klima wichtig, weil sie Wärme liefert. Die Intensität der Wärmestrahlung bestimmt die Temperaturen von Wasser, Land und Atmosphäre. Sie ist aber auch die Energiequelle der Pflanzen. Die Vegetation reicht die in ihrer Biomasse gespeicherte Energie über die Nahrungskette weiter an die Tiere und am Ende auch an Pilze und Mikroorganismen. Über Holz und fossile Brennstoffe nutzen Menschen sie zur Stromerzeugung.

Wieviel von dieser Energie auf der Erde ankommt, ist von drei Faktoren abhängig.

  • Die elektromagnetische Strahlung der Sonne (es gibt auch eine Teilchenstrahlung, den Sonnenwind) besteht aus „Energiepaketen“, den Photonen. Je größer ihr Abstand zur Sonne ist, desto mehr verteilen sie sich. Die Photonen, die im gleichen Moment abgestrahlt werden, befinden sich auf der Oberfläche einer gedachten Kugel mit dem Mittelpunkt im Zentrum der Sonne. Zunächst ist ihr Durchmesser so groß wie der der Sonnenoberfläche. Je weiter sich die Photonen von der Sonne entfernen, desto größer wird der Durchmesser dieser gedachten Kugel und damit auch ihre Oberfläche. Die Zahl der Photonen auf dieser Oberfläche bleibt aber gleich. Daher verteilen sie sich immer mehr. Ihre Zahl pro Quadratmeter (ihre Dichte) nimmt damit immer weiter ab. Auch die Energiemenge pro Quadratmeter nimmt dabei ab, denn die Photonen transportieren diese Energie. Deshalb sind weiter entfernte Planeten wie Mars, Jupiter oder Saturn kälter und dunkler als die Erde. Je größer der Abstand Erde - Sonne ist, desto weniger Energie trifft auf der Erdoberfläche ein. Dieser Abstand schwankt über lange Zeitabschnitte. Mehr dazu im Artikel über den Einfluß der Erdbahn aufc die Sonneneinstrahlung.
  • Die Verteilung der Einstrahlung auf dem Globus wird zudem von der Neigung der Erdachse beeinflusst. Da die Erde annähernd kugelförmig ist, erhält der Äquator mehr Strahlung und ist sehr warm. An den Polen dagegen trifft die Sonnenstrahlung in einem flacherem Winkel auf, sie erhalten weniger Strahlung und sind daher kühler. Wärme fließt vom wärmeren zum kälteren Medium, bis sich die Temperaturen aneinander angeglichen haben. Dieser Ausgleich findet auf der Erde über die Strömungen der Atmosphäre (Winde) und der Meere (Meeresströmungen) statt. Auch die Neigung schwankt. Mehr dazu im Artikel über den Einfluß der Erdneigung auf die Sonneneinstrahlung.

  • Doch auch die Zahl der Photonen, die von der Sonne abgestrahlt werden und dann zur Erde und den anderen Planeten unterwegs sind, schwankt. Man spricht von der Sonnenaktivität. Es gibt Perioden hoher und niedriger Aktivität. Sie sind Thema dieses Artikels. Diese Variationen dauern Minuten bis Millionen von Jahren.

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2 Stärke und Ursachen

2.1 Was sind die Ursachen der Schwankungen?

Wie andere Himmelskörper rotiert auch die Sonne. Ihre Materie besteht aus Plasma, in dem Elektronen von ihren Atomkernen getrennt sind. Rotieren die Elektronen, bewegen sie sich und wenn sie sich bewegen, bilden sie einen elektrischen Strom. Ein elektrischer Strom wiederum bildet ein Magnetfeld. Zunächst haben die Feldlinien der Magnetfeldes die Form eines Ringes, ähnlich einem Donut. Doch weil die äußeren Schichten der Sonne am Äquator schneller rotieren als an den Polen, wickeln sich die Feldlinien im Laufe von 11 Jahren um sie herum auf. Je mehr sie sich aber aufwickeln, desto dichter liegen sie beieinander und desto eher kommen sie in Kontakt miteinander. An der Kontaktstellen bilden sie Schleifen und stoßen durch die Oberfläche.

Da solch eine Schleife die Form eines Ringes hat, hat sie zwei Austrittsstellen. Sie haben die Form eines Kraters und geben den Blick frei auf tiefere Schichten, in denen die Sonnenmaterie eine tiefere Temperatur hat und daher ein weniger helles Licht aussendet. Diese Austrittsstellen nennt man Sonnenflecken.Während die direkte Beobachtung nur zur Erblindung führt, lassen sie sich durch Projektionsverfahren leicht erkennen und zählen. Ein solches Verfahren ist im Titelbild dargestellt. Doch allein durch ihre geringere Helligkeit verringern sie die Abstrahlung der Sonne nicht. Erstens ist ihre Fläche relativ klein und zweitens bringen sie auch Flares hervor. Flares bestehen aus Plasma, das die Feldlinien aus der Sonne herausziehen und teils ins Weltall hinausschleudern. Diese Fackeln sind so heiß und hell, dass sie die geringere Temperatur ihrer Austrittsstellen mehr als nur ausgleichen. Die hinausgeschleuderte Materie, der so genannte Sonnenwind ist ein Maß für die Aktivität. Das sie aber leichter festzustellen sind, ist die Zahl der Sonnenflecken der geeignetere Meßwert für die Aktivität.

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2.2 Woran erkennt man die Stärke der Sonnenaktiviät?

Es gibt mehrere Anzeichen für die Stärke der Sonnenaktivität, und zwar

  • die Zahl der Sonnenflecken,
  • die Abstrahlung von Energie (elektromagnetische Strahlung wie Licht oder Wärme),
  • die magnetische Aktivität und
  • die Abstrahlung hochenergetischer Materieteilchen (Teilchenstrahlung oder Sonnenwind).

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2.3 Wie lang sind die Zyklen?

Schwabe-Zyklus. Betrachtet man das Diagramm, erkennt man einen Rythmus in der Aktivität. Deutlich zeichnet sich der 11jährige Sonnenzyklus, ab, der durch das Aufwickeln der Feldlinien um die Sonne entsteht. Man nennt ihn 11-Jahres-Zyklus, Solarer Zyklus oder nach seinem Entdecker Schwabe-Zyklus. Die Länge dieses Zyklus (die Periode) schwankt zwischen 9 und 12,5 Jahren. (Zekl, 2010) Laut Friedrich beträgt die Bandbreite 9 bis 14 Jahren mit einem Mittelwert von 10,7 Jahren. Aber auch die Stärke der Sonnenaktivität (die Amplitude) schwankt. Sie zeigen sich deutlich in den Zählungen der Sonnenflecken. Man kennt auch den Hale-Zyklus des Sonnenmagnetfeldes mit einer Länge von 22 Jahren, an dessen Höhepunkten es sich umpolt. Die 11 Jahre, in denen es mit gleichbleibender Polung arbeitet, entspricht dem Schwabe-Zyklus.

Gleissberg-Zyklus: Die starke Aktivität mit Maxima in den 50er und Ende der 80er Jahren erklären Wissenschaftler mit längeren Schwankungen wie dem Gleissberg-Zyklus. Pantler (2010) nennt eine Länge von 85 Jahren, Friedrich (2010) eine von 87,5 Jahren. Nur er ist mit dem Schwabe Zyklus korreliert. Das heißt: In diesen Perioden variiert der Elfjährige in Stärke (Amplitude) und Länge (Periode). Eine Studie von Peristykh und Damon von 2003, veröffentlicht im Journal of Geophysical Research, bezieht seine Daten aus der Häufigkeit von Kohlenstoff-14 in der Vergangenheit und reicht 11854 Jahre zurück. Die Häufigkeit schwankte um ein Promille.

Suess oder DeVries-Zyklus: Es gebe auch Anzeichen für einen 200-Jahres-Zyklus, wenn auch nur sehr schwache, so Professor Mojib Latif vom IFM-GEOMAR in Kiel in einer Leseraktion der Zeitschrift Bild der Wissenschaft. Pantler (2010) nennt dazu den Wert von 210 Jahren, Friedrich (2010) etwa 205 Jahre. Der Beobachtungszeitraum erstreckt sich erst über 400 Jahre und daher kann diese Hypothese nicht überprüft werden. Die Zahl der Sonnenflecken als Zeichen für den Zustand des solaren Magnetfeldes und damit der Sonnenaktivität schwanke in Länge und Stärke. In Kohlenstoff-14 (14C) aus Baumringen ist der Zyklus nur schwach zu erkennen, deutlicher aber in 10Be-Daten aus einem Bohrkern, der Eis aus der Zeit von 25.000 bis 50.000 Jahre vor heute enthält. Dies und die Modulation durch das Erdmagnetfeld weisen nach Friedrich auf einen Ursprung in der Sonne hin.

Hallstadt-Zyklus: Hans-Dietrich Schönwiese nennt in seinem Buch Klimatologie weitere Zyklen: einen von 1.500 bis 4.000 Jahren Länge, den Dzhalilov 2002 fand. In diesen Bereich fällt der Hallstatt-Zyklus mit einer Periodenlänge von etwa 2000 Jahren.Eine solche Periodizität zeigt sich bei Peristykh und Damon (2003).

6000-Jahres-Zyklus: Xapsos und Burke ermittelten 2009 einen 6000jährigen Zyklus.

7000-Jahres-Zyklus: Schönwiese nennt auch einen 7000jährigen, den Wefer und Berger 2001 entdeckten.

Sie alle überlagern sich in den Kurven zu einem unruhigen Bild, in dem Zyklen nicht mehr erkennbar sind.

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2.4 Welche Wirkung hat das auf den Energiehaushalt der Erde?

Die solare Konstante SC ist die Energieflussdichte der Sonne pro Quadratmeter und Zeit und zwar senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und bei einem mittleren Abstand von Erde und Sonne gemessen. Die Einheit ist Watt / Quadratmeter (W/m2). Die solare Konstante hat einen Wert von etwa 1366 W/m2. Durch die Elipsenform der Erdbahn schwankt sie im Laufe eines Jahres um plus minus 3,4 Prozent. Darüber hinaus variiert die Sonneneinstrahlung ständig, in allen Wellenlängen und Zeitskalen. (Kämpfer, 2005)

Geringer Einfluß des sichtbaren und infraroten Lichts. Dagegen ist der Einfluß der Sonnenaktivität gering. Innerhalb der Beobachtung von 1850 bis 2009 schwankte die Sonneneinstrahlung um 0,066 Prozent des Maximalwertes. Der Klimatologe Manfred Schüssler spricht von etwa 0,1 Prozent. Mehr dazu weiter unten im Artikel. Dean (2000), schreibt, dass eine direkte Beziehung zwischen Sonneneinstrahlung (solare Konstante), Wetter und Klima seit 100 Jahren vorgeschlagen werde, aber generell wegen des geringen Effektes zurückgewiesen werde. Dennoch weisen neuere Messungen von Radiometern an Bord von Satelliten darauf hin, dass bereits geringe Änderungen in der Gesamtstrahlung der Sonne globale Temperaturänderungen wie in der so genannten kleinen Eiszeit von 1550 bis 1700 hervorrufen können. (Dean, 2000)

Größerer Einfluß der UV-Strahlung. Die Sonnenstrahlung variiert jedoch in allen Wellenlängenbereichen. Der ultraviolette (UV) Bereich ist einer davon. UV-Strahlung beeinflusst die Bildung von Ozon in der Stratosphäre. Die Schicht absorbiert die Strahlung, schwächt sie und heizt sich bei dem Vorgang auf. Der Bestand an Ozon wiederum wirkt sich auf den Energiehaushalt und die Dynamik der Nachbarschichten (Troposphäre und Mesosphäre) aus. So steigt dort die Temperatur. Die US-amerikanische Behörde US Geological Survey (USGS) ermittelte eine Schwankung der globalen Durchschnittstemperaturen um 0,5 bis 1 Grad Celsius. (Friedrich (2010)

Feulner und Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) haben nun den Effekt eines großen Minimums im 21. Jahrhundert mit einem gekoppelten Klimamodell untersucht, das die Ozeane, die Atmosphäre und die Landoberfläche abbildet. Die Forscher legten den Simulationen einen mittleren und einen starken Anstieg der Treibhausgas-Emissionen nach den Szenarien A1B und A2 des Weltklimarates IPCC zugrunde. Sie berücksichtigten auch Vulkanausbrüche, die nicht vorhersagbar sind, indem sie ebenso viele und so starke Eruptionen wie im 20. Jahrhundert zufällig über das 21. Jahrhundert verteilten.

Mit diesen Grundannahmen wurden drei unterschiedliche Entwicklungen der Sonnenaktivität simuliert: Einmal gingen die Forscher davon aus, dass sich der normale Elf-Jahres-Zyklus der Sonnenaktivität bis zum Jahr 2100 wiederholt und kein großes Minimum auftritt. In den zwei anderen Experimenten tritt die Sonne jeweils in ein Minimum ein, das bis zum Ende des Jahrhunderts anhält. Die Werte der Sonnenstrahlung wurden dazu um 0,08 Prozent beziehungsweise 0,25 Prozent geringer angesetzt als im Jahr 1950. Datenreihen legen nahe, dass die Sonnenstrahlung während des Maunder-Minimums etwa 0,08 Prozent unter dem Wert von 1950 lag.

Projizierte Änderungen der globalen Mitteltemperatur hängen stärker von den Emissionen als der Sonnenaktivität ab. Quelle: PIK
Wird der Elf-Jahres-Zyklus der Sonnenaktivität bis 2100 fortgesetzt, ergeben die Simulationen einen Temperaturanstieg von 3,7 oder 4,5 Grad Celsius über den Referenzwert aus den Jahren 1961 bis 1990, je nach Emissionsszenario. Diese Ergebnisse stimmten gut mit neuen Projektionen überein, berichten die Forscher. Für ein neues großes Minimum mit einer Sonneneinstrahlung wie während des Maunder-Minimums ergibt sich nach beiden Emissionsszenarien ein um etwa 0,1 Grad Celsius geringerer Anstieg. Im Experiment mit der stärkeren Verminderung der Sonnenstrahlung um 0,25 Prozent beträgt die Minderung 0,26 Grad Celsius, ebenfalls in beiden Emissionsszenarien.

„Wahrscheinlich würde ein neues großes Minimum zu 0,1 bis 0,2 Grad Celsius geringeren Temperaturen im Jahr 2100 führen“, sagt Stefan Rahmstorf, Leiter des Forschungsbereichs Erdsystemanalyse am PIK. Sämtliche Unsicherheiten der Temperaturberechnungen, der wirkenden Kräfte und der Modelle ergeben den Faktor drei als maximalen Fehler. Der solare Kühlungseffekt würde also wahrscheinlich nicht mehr als 0,3 Grad Celsius betragen.

„Ein neues Maunder-Minimum der Sonnenaktivität könnte die globale Erwärmung aufgrund der vom Menschen verursachten Treibhausgas-Emissionen nicht ausgleichen“, schließen die Autoren. Zudem wäre jeder Abkühlungseffekt nur vorübergehend wirksam, da große Sonnenminima normalerweise nur einige Jahrzehnte bis maximal ein Jahrhundert andauern.

„Auch aktuelle Temperaturmessungen belegen, dass die Auswirkungen verminderter Sonnenaktivität auf das Klima sehr gering sind“, sagt Rahmstorf. Das derzeitige Minimum habe die globale Erwärmung nicht merklich gebremst. Über die vergangenen dreißig Jahre ist die Mitteltemperatur stetig um 0,16 Grad Celsius pro Jahrzehnt angestiegen. Laut der Messdaten von Bodenstationen des Goddard Institute for Space Studies der US-Weltraumbehörde Nasa ist das Jahr 2009 trotz des derzeitigen Sonnenminimums das zweitwärmste seit Beginn der Aufzeichnungen, übertroffen nur vom Jahr 2005. Auf der Südhalbkugel ist es bei weitem das wärmste. Der Januar des Jahres 2010 ist global der zweitwärmste seit Beginn der Aufzeichnungen, nur der Januar 2007 war noch wärmer.

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2.5 Was auf der Erde ankommt

Die zeitlich und räumlich gemittelte Einstrahlung der Sonne auf die Erdoberfläche bezeichnet man als mittlere solare Einstrahlung. Das Formelzeichen ist S0. Sie beträgt nur ein Viertel der solaren Konstante. Dazu muss man sich wieder die gedachten Kugeln vor Augen führen, auf deren Oberfläche sich alle Photonen befinden, die in einem Moment die Sonne verlassen. Diese Photonen misst man bei der solaren Konstante und der mittleren solaren Einstrahlung, denn auch die Messung findet ja in einem Augenblick statt. Doch die gedachte Kugel ist sehr groß und die Erde verhältnismäßig klein. Die gedachte Kugel hat an der Erde einen Radius von 149.600.000 Kilometer, die Erde einen von RE = 6371 Kilometer. Aus dieser riesigen Oberfläche erhält die Erde nur einen Ausschnitt von RE2 * π. Das ist die Formel für eine Kreisfläche. Bei der Größe und disem winzigen Ausschnitt kann man die Krümmung der gedachten Kugel vernachlässigen. Die Kugelform der Erde hat in diesem Maßstab aber sehr wohl eine starke Krümmung. Ihre Oberfläche ist daher 4RE2 * π. Das bedeutet, dass die mittlere solare Einstrahlung, die auf der Erdoberfläche ankommt, nur ein Viertel der solaren Konstante ausmacht. (Kämpfer, 2005))

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3 Woher weis man, wie aktiv die Sonne in der Vergangenheit war?

3.1 Jahresringe von Bäumen

Im 18. Jahrhundert untersuchte der US-amerikanische Astronom Douglass die Breite der Jahresringe gefällter Bäume in Arizona. Er stellte fest, dass es Unterschiede in der Breite der Wachstumsringe gab: Einige waren breiter, andere schmaler. Auch hier war ein 11jähriger Zyklus erkennbar. Noch war die Fachwelt skeptisch. Doch das lag an den kurzen Datenreihen. Heute sehen Wissenschaftler tatsächlich einen Zusammenhang mit dem solaren Zyklus. Die Schwankungen der Ringbreiten ergeben ein Muster, das typisch ist für eine bestimmte Zeitperiode. Daraus kann man in Diagrammen Kurven zeichnen. Überlappen sie sich, kann man sie aneinanderreihen und erhält auf diese Weise eine lange Kurve, die für große Zeiträume gilt. Finden Archäologen ein altes Stück Holz, können sie auch aus diesem eine Kurve ermitteln und schauen, in welchen Abschnitt der langen Kurve sie sich einpassen lässt. Auf diese Weise können sie das Alter der Probe bestimmen. Das Verfahren nennt man Dendrochronologie. Doch die Baumquerschnitte sind auch ein wichtiges Klimaarchiv, geben sie doch Auskunft über den Zustand der Sonne zu dieser Zeit.

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3.2 Kohlenstoffisotope in Pflanzen

Andere Artikel zeigen, dass die Sonne sowohl elektromagnetische als auch Teilchenstrahlung aussendet. Die Photosynthese der Pflanzen und das Wetter wird von ersterer beeinflusst. Doch auch die Teilchenstrahlung hinterlässt Spuren. Sie stammt aus zwei Quellen. Die erste ist die Sonne selbst. Die von Nachbarsternen irgendwo in der Milchstraße schirmt sie mit ihrem Magnetfeld weitgehend ab. Doch das Magnetfeld schwankt mit ihrer Aktivität. In einem Maximum ist ihre Strahlung hoch, das Magnetfeld auch und daher die kosmische Strahlung gering. In einem Minimum ist es genau umgekehrt, das Magnetfeld ist schwächer und weniger in der Lage, die Teilchen aus dem Kosmos abzuweisen. Die Teilchen der Nachbarsterne (Neutronen) haben eine hohe Energie. Sie reicht aus, um mit Gasen der Erdatmosphäre zu reagieren. Zunächst entstehen Sekundärteilchen und Neutronen. Treffen die Neutronen auf Stickstoffatome (14N), verliert es eines eines seiner Protonen und wandelt sich damit in das Kohlenstoffisotop 14C um. Diesen Kohlenstoff nehmen Pflanzen bei der Photosynthese mit dem Kohlendioxid auf und verarbeiten es in Zuckermolekülen. Aus dem Zucker entsteht das pflanzliche Gewebe. Damit speichern sie auch das Kohlenstoffisotop. Besonders in den Stämmen der Bäume kann man es anhand der Jahresringe einer bestimmten Zeit zuordnen. Dabei zeigt sich, dass sich erst 20 Jahre nach einem Aktivitätsminimum die 14C Konzentration erhöht. Erschwerend kommt hinzu, dass sich das Erdmagnetfeld in großen Zeitabständen umpolt. Dabei schwächt es sich ab und hält weniger kosmische Strahlung zurück. Auch das erhöht den Anteil dieses Kohlenstoffisotops. Diese Messungen reichen bis zu 11.000 Jahre zurück, zum Beispiel die von Damon und Sonnett, 1991.

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3.3 Beobachtungen

Erste Aufzeichnungen über diese dunklen Punkte machten Astronomen am Hof chinesischer Kaiser. Es gehörte zu ihren Aufgaben, ihrem Herrn über Himmelserscheinungen zu berichten. Europäische Astronomen entdeckten sie im 12. Jahrhundert. Doch es galt das Dogma, dass die Sonne perfekt zu sein hatte. Die Flecken mussten also Wolken, Planeten oder andere Gegenstände sein, die sich zwischen Erde und Sonnenoberfläche bewegten.

1610 nutzte Galileo Galilei (1564 bis 1642) das gerade erfundene Teleskop, um den Himmel zu beobachten. Neben vielen interessanten Objekten des Sonnensystems beobachtete er auch die Sonne. Um dabei nicht zu erblinden, projezierte er das Bild auf einen Schirm, der hinter dem Teleskop angebracht war. Er vermutete, dass sich die Flecken auf der Sonnenoberfläche befanden. Die Flecken auf der weißen Scheibe erregten großes Aufsehen, hatten doch alle Objekte außerhalb der Erde immer noch eine perfekte Oberfläche und Geometrie zu haben. So erklärte man es zunächst mit noch unbekannten Planeten.

Andere Astronomen begannen mit systematischen Zählungen: In England 1610 bis 1611 Thomas Harriot (1560 bis 1621) und in Deutschland Johann Fabricius (1587 bis 1617). 1775 erkannte der dänische Astronom Christian Pedersen Horrebow (1718 bis 1776) gewisse Perioden in den Zahlen.

Weitere Zählungen der Sonnenflecken begann Samuel Heinrich Schwabe, der 1789 bis 1875 lebte. Der Dessauer Apotheker und Hobbyastronom entdeckte 1843, dass die dunkelen Zonen ein Zeichen für die Aktivität des Gestirns sind. Trotz der noch schlechten Teleskopqualität war es auch möglich, die Zahl der Sonnenflecken zu zählen. So wurde deutlich, dass sie im Zyklus von 11 Jahren schwankte. So postulierte er den elfjährigen Schwabe-Zyklus, der nach ihm benannt ist.

1611 bis 1621 beobachteten auch Fabricius und Scheiner die Erscheinungen. Das Projektionsgerät des deutschen Jesuiten Christoph Schreiner ist im Titelbild dargestellt. Er erklärte, die Flecken befänden sich auf der Oberfläche der Sonne. Das diese aber um ihre Achse rotiere, drehen sich auch die Flecken. Diese Erkenntnis veröffentlichte er in seinem Buch Rosa Ursina.

Der deutsche Astronom Gustav Spörer entdeckte zwei Minima von 1460 bis 1550 und 1645 bis 1715. Das erste wurde später nach ihm das Spörer Minimum genannt.

1890 beteiligte sich der englische Astronom Edward Walter Maunder (1851 - 1928) an den Messungen. Der Leiter der Abteilung Sonne des Greenwich Observatoriums bei London (Großbritannien) interessierte sich dafür, wie gleichförmig die Schwankungen waren. War die Fleckenzahl in den Maxima und Minima immer gleich groß? Dabei fiel ihm auf, dass die Sonne zwischen 1645 und 1715 praktisch fleckenfrei war. Die Fachwelt benannte diese Periode nach seinem Entdecker Maunder-Minimum. Dass es sich um keinen Fehler bei den Beobachtungen handelte, zeigte ein Vergleich mit der Stärke der Nordlichter. Auch sie hängen schließlich mit der Aktivität zusammen.

Andere Beobachter verfolgten die Häufigkeit von Nordlichtern, die bei aktiver Sonne zunahm und bei ruhiger Sonne abnahm.

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4 Wie aktiv war die Sonne in der Vergangenheit?

Sonnenfleckenzahlen

Abbildung 1: Sonnenfleckenanzahl pro Jahr seit 1610. Auf der senkrechten Achse sind die Anzahl der Sonnenflecken in Fünfer-Schritten angegeben, auf der waagerechten die Jahre in 10-Jahres-Schritten. Quelle: Zahlen des Kiepenheuer Institut für Sonnenphysik, Grafik: Jörg Wieprzeck

 

4.1 Minima

4.1.1 Die Kleine Eiszeit

Die Zeit vom 15. bis 19. Jahrhundert bezeichnet man als die kleine Eiszeit. Zwei sehr kalte Abschnitte waren das Maunder-Minimum von 1645 bis 1715 und das Dalton Minimum von 1790 bis 1830. Im Maunder-Minimum waren auch alle Jahresringe der Bäume gleich und sehr dünn. In einer 30 Jahre langen Phase dieses Mimimums traten statt tausender nur fünfig Flecken auf. Ein Zeitraum von 3579 Tagen war sogar völlig frei von Flecken. Im 19. Jahrhundert verglich der Astronom Eddy die Sonnenaktivität mit den Wetterbeobachtungen vergangener Zeiten. Auch er sah sich das Maunder-Minimum an. Zu dieser Zeit herrschte in Mitteleuropa und Nordamerika die so genannte Kleine Eiszeit. Fragt man heute Klimatologen, sehen sie keine eindeutigen Hinweise auf solch eine Eiszeit. Zu schwach sind die Wirkungen und zu stark unterscheiden sich die Kurven aus unterschiedlichen Regionen.

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Quellen

Damon und Sonnett, 1991: Damon, P.E., and Sonnett, C.P., 1991, Solar and terrestrial components of the atmospheric 14C variation spectrum, in Sonnett, C.P., Giampapa, M.S., and Matthews, M.S., eds., The sun in time: Tucson, Ariz., The University of Arizona Press, p. 360–388.

Dean, 2000: Walter E. Dean, USGS Fact Sheet FS-095-00: The Sun and Climate, US Geological Survey (USGS), August 2000

Friedrich, 2010: Peter und Susanne Friedrich, Welche Aktivitätszyklen hat die Sonne?, in: Interstellarum, April / Mai 2010

IPCC, 2001: Weltklimabericht 2001, Glossar

Kämpfer, 2006: Niklaus Kämpfer, Atmosphärenphysik, Institut für angewandte Physik der Universität Bern, Wintersemester 2005/2006

Latif, 2008: Mojib Latif, Manfred Schüssler, Klimawandel: Welchen Einfluss hat die Sonne?, in: Bild der Wissenschaft 8/2008, Seite 50ff

Odenwald, 2009: Michael Odenwald, Eiszeit statt Heißzeit?, in: Focus 20/2009, Seite 70 bis 73

Pantler, 2010: Christian Pantler, Forscherstreit um die Sonne, in: Focus 2/2010, Seite 48 bis 56

Peristyk und Damon, 2003: Persistance of the Gleissberg 88-year-solar cycle over the last 12,000 years: Evidence from cosmogenic isotopes, Journal of Geophysical Research 108, 1003 (2003)

Schönwiese, 2003: Christian-Dietrich Schönwiese, Klimatologie, Ulmer-Verlag UTB, Stuttgart, 2/2003, ISBN 3-8252-1793-0

Szielasko, 2006: Cora Szielasko, Aschot Hayruni, Die Arche Noah und das Rätsel der Sintflut, Fernsehdokumentation,
ZDF, 2006

Walch, 2000: Dieter Walch, so funktioniert unser Wetter, München, 2000

Zekl, 2010: Hans Zekl, Sonne ohne Flecken, Das Maunder Minimum und die Folgen, Artikel, in: Interstellarum, April / Mai 2010

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Autor

Autor: Jörg Wieprzeck
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Aktualisierungen

19.02.2010: Artikel angelegt

08.04.2010: Die Abschnitte über das aktuelle Sonnenminimum befinden sich nun in einem neuen Artikel.

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