In der modernen, schnelllebigen Welt von heute hängen menschliche Aktivitäten stark von der elektrischen Infrastruktur ab. Wenn die Stromnetze ausfallen, werden unsere Klimatisierungssysteme abgeschaltet, unsere Computer sterben und alle elektronischen Handels- und Kommunikationsformen werden eingestellt. Darüber hinaus hängt die menschliche Aktivität im 21. Jahrhundert aber auch zunehmend von der Infrastruktur ab, die sich im Low Earth Orbit (LEO) befindet.
Neben den vielen Telekommunikationssatelliten, die sich derzeit im Weltraum befinden, gibt es auch die Internationale Raumstation und eine Flotte von GPS-Satelliten. Aus diesem Grund wird die Aktivität von Sonneneruptionen als ernsthafte Gefahr angesehen, und ihre Eindämmung hat Priorität. Um dies anzugehen, hat ein Team von Wissenschaftlern der Harvard University kürzlich veröffentlicht eine Studie das eine kühne Lösung vorschlägt – einen riesigen magnetischen Schild in die Umlaufbahn zu bringen.
Die Studie – die von Doktor Manasavi Lingam und Professor Abraham Loeb vom Harvard Smithsonian Center for Astrophysicist (CfA) erstellt wurde – ist kürzlich online unter dem Titel „ Auswirkungs- und Minderungsstrategie für zukünftige Sonneneruptionen “. Wie sie erklären, stellen Sonneneruptionen in der heutigen Welt ein besonders großes Risiko dar und werden aufgrund der wachsenden Präsenz der Menschheit in LEO zu einer noch größeren Bedrohung.
Sonneneruptionen sind seit über 150 Jahren ein Dauerbrenner, seit dem berühmten Carrington-Veranstaltung von 1859. Seitdem wurden große Anstrengungen unternommen, um Sonneneruptionen sowohl vom theoretischen als auch vom Beobachtungsstandpunkt aus zu untersuchen. Und dank der Fortschritte, die in den letzten 200 Jahren in der Astronomie und Weltraumforschung gemacht wurden, hat man viel über das als „Weltraumwetter“ bekannte Phänomen gelernt.
Gleichzeitig hat uns die zunehmende Abhängigkeit der Menschheit von Elektrizität und weltraumgestützter Infrastruktur auch anfälliger für extreme Weltraumwetterereignisse gemacht. Wenn das Ereignis in Carrington heute stattfinden würde, würde es Schätzungen zufolge weltweite Schäden an Stromnetzen, Satellitenkommunikation und globalen Lieferketten verursachen.
Die kumulierten weltweiten wirtschaftlichen Verluste nach a Bericht 2009 vom Space Studies Board („Severe Space Weather Events–Understanding Societal and Economic Impacts“) belaufen sich auf 10 Billionen US-Dollar, und die Erholung würde mehrere Jahre dauern. Und doch, wie Professor Loeb Universe Today per E-Mail erklärte, wurde dieser Bedrohung aus dem Weltraum weit weniger Aufmerksamkeit geschenkt als anderen möglichen Bedrohungen.
„In Bezug auf das Risiko vom Himmel galt in der Vergangenheit den Asteroiden die meiste Aufmerksamkeit“, sagte Loeb. „Sie haben die Dinosaurier getötet und ihre physischen Auswirkungen in der Vergangenheit waren die gleichen wie in der Zukunft, es sei denn, ihre Umlaufbahnen werden abgelenkt. Sonneneruptionen haben jedoch nur geringe biologische Auswirkungen und haben hauptsächlich Auswirkungen auf die Technologie. Aber vor einem Jahrhundert gab es nicht viel technologische Infrastruktur, und die Technologie wächst exponentiell. Daher ist der Schaden zwischen Vergangenheit und Zukunft stark asymmetrisch.“
Künstlerisches Konzept eines großen Asteroiden, der am Erde-Mond-System vorbeifliegt. Credit: Eine Kombination aus ESO/NASA-Bildern mit freundlicher Genehmigung von Jason Major/Lights in the Dark.
Um dies anzugehen, entwickelten Lingham und Loeb ein einfaches mathematisches Modell, um die wirtschaftlichen Verluste zu bewerten, die durch Sonneneruptionen im Laufe der Zeit verursacht werden. Dieses Modell berücksichtigte das zunehmende Risiko von Schäden an der technologischen Infrastruktur basierend auf zwei Faktoren. Zum einen berücksichtigten sie die Tatsache, dass die Energie von Sonneneruptionen mit der Zeit zunimmt, gekoppelt mit dem exponentiellen Wachstum von Technologie und BIP.
Sie stellten fest, dass die seltenen Arten von Sonneneruptionen, die sehr stark sind, auf längeren Zeitskalen viel wahrscheinlicher werden. In Verbindung mit der wachsenden Präsenz und Abhängigkeit der Menschheit von Raumfahrzeugen und Satelliten in LEO wird dies irgendwann zu einer gefährlichen Konjunktion führen. Oder wie Loeb erklärte:
„Wir sagen voraus, dass innerhalb von ~150 Jahren ein Ereignis eintreten wird, das einen Schaden anrichtet, der mit dem aktuellen US-BIP von ~20 Billionen Dollar vergleichbar ist, und der Schaden wird zu späteren Zeiten exponentiell ansteigen, bis die technologische Entwicklung gesättigt ist. Eine solche Vorhersage wurde noch nie zuvor versucht. Wir schlagen auch eine neue Idee vor, wie der Schaden durch energetische Teilchen durch eine magnetische Abschirmung verringert werden kann. Das war meine Idee und wurde vorher nicht vorgeschlagen.“
Um diesem wachsenden Risiko zu begegnen, erwogen Lingham und Loeb auch die Möglichkeit, eine magnetische Abschirmung zwischen Erde und Sonne zu platzieren. Dieser Schild würde an der Erde-Sonne platziert werden Lagrange-Punkt 1 , wo es geladene Teilchen ablenken und einen künstlichen Bugschock um die Erde erzeugen könnte. In diesem Sinne würde dieser Schild die Erde auf ähnliche Weise schützen wie ihr Magnetfeld bereits, aber mit größerer Wirkung.
Illustration des vorgeschlagenen magnetischen Deflektors, der am Lagrange-Punkt Erde-Sonne L1 platziert ist. Bildnachweis: Lingam und Loeb, 2017
Aufgrund ihrer Einschätzung weisen Lingham und Loeb darauf hin, dass ein solcher Schild hinsichtlich seiner grundlegenden physikalischen Parameter technisch machbar ist. Sie konnten auch einen rudimentären Zeitplan für den Bau dieses Schildes vorlegen, ganz zu schweigen von einigen groben Kostenabschätzungen. Wie Loeb andeutete, könnte ein solcher Schild gebaut werden, bevor dieses Jahrhundert vorbei ist, und das zu einem Bruchteil der Kosten, die durch Sonneneruptionen entstehen würden.
„Das Engineering-Projekt im Zusammenhang mit der magnetischen Abschirmung, die wir vorschlagen, könnte einige Jahrzehnte dauern, um im Weltraum zu bauen“, sagte er. „Die Kosten für den Transport der benötigten Infrastruktur in den Weltraum (mit einem Gewicht von 100.000 Tonnen) werden wahrscheinlich 100 Milliarden Dollar betragen, viel weniger als der erwartete Schaden über ein Jahrhundert.“
Interessanterweise wurde schon früher die Idee vorgeschlagen, einen magnetischen Schild zum Schutz von Planeten zu verwenden. Diese Art von Schild war beispielsweise auch Gegenstand einer Präsentation auf der diesjährigen „ Planetary Science Vision 2050 Workshop “, die von der NASA gehostet wurde Abteilung Planetologie (PSD). Dieser Schild wurde empfohlen, um die Atmosphäre des Mars zu verbessern und in Zukunft eine bemannte Mission zu seiner Oberfläche zu erleichtern.
Während der Präsentation mit dem Titel „ Eine zukünftige Marsumgebung für Wissenschaft und Erforschung “ diskutierte NASA-Direktor Jim Green, wie ein magnetischer Schild die schwache Atmosphäre des Mars vor Sonnenwind schützen könnte. Dies würde es ihm ermöglichen, sich im Laufe der Zeit wieder aufzufüllen, was den zusätzlichen Vorteil hätte, dass sich der Mars erwärmt und flüssiges Wasser wieder auf seiner Oberfläche fließen kann. Wenn das ähnlich klingt wie Vorschläge für Terraforming Mars , weil es so ist!
Künstlerische Darstellung eines flammenden Roten Zwergsterns, der von einem Exoplaneten umkreist wird. Bildnachweis: NASA, ESA und G. Bacon (STScI)
Jenseits der Erde und des Sonnensystems sind die Implikationen für diese Studie ziemlich überwältigend. In den letzten Jahren wurden viele terrestrische Planeten gefunden, die innerhalb naher Sternsysteme vom Typ M (auch bekannt als Roter Zwerg) kreisen. Aufgrund der Art und Weise, wie diese Planeten ihre jeweiligen Sonnen umkreisen, und der variablen und instabilen Natur von M-Sternen haben Wissenschaftler Zweifel geäußert, ob diese Planeten tatsächlich bewohnbar sein könnten oder nicht.
Kurz gesagt, Wissenschaftler haben gewagt, dass im Laufe von Milliarden von Jahren Gesteinsplaneten, die nahe um ihre Sonnen kreisen, mit ihnen verbunden sind und regelmäßigen Sonneneruptionen ausgesetzt sind, ihre Atmosphäre verlieren würden. In dieser Hinsicht könnten magnetische Abschirmungen eine mögliche Lösung sein, um extrasolare Kolonien zu schaffen. Platzieren Sie einen großen Schild in der Umlaufbahn am L1 Lagrange-Punkt, und Sie müssen sich nie wieder Sorgen um starke magnetische Stürme machen, die den Planeten verwüsten!
Darüber hinaus bietet diese Studie eine mögliche Lösung des Fermi-Paradoxons. Bei der Suche nach Anzeichen für außerirdische Intelligenz (ETI) kann es sinnvoll sein, entfernte Sterne auf Anzeichen eines umlaufenden magnetischen Schildes zu überwachen. Wie Prof. Leob erklärte, wurden solche Strukturen möglicherweise bereits um ferne Sterne herum entdeckt und könnten einige der ungewöhnlichen Beobachtungen erklären, die Astronomen gemacht haben:
„Der Abdruck eines Schildes, der von einer anderen Zivilisation gebaut wurde, könnte die Veränderungen beinhalten, die er in der Helligkeit des Wirtssterns aufgrund von Bedeckung hervorruft (ähnliches Verhalten wie Tabbys Stern), wenn die Struktur groß genug ist. Die Situation könnte ähnlich sein wie in Dysons Sphären, aber anstatt die Energie des Sterns zu ernten, besteht der Zweck der Infrastruktur darin, eine technologische Zivilisation auf einem Planeten vor den Fackeln seines Wirtssterns zu schützen.“Es ist eine ausgemachte Sache, dass mit dem Fortschritt der Zeit und der Technologie die Präsenz der Menschheit im Weltraum (und die Abhängigkeit von) zunehmen wird. Daher ist es sinnvoll, sich auf die drastischsten Weltraumwetterereignisse vorzubereiten, die das Sonnensystem auf uns werfen kann. Und wenn es um die großen Fragen wie „Sind wir allein im Universum?
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