Wissenschaft schreckt auf: Sonnenstürme treffen Erde künftig anders – CO₂ macht Atmosphäre dünner!
Eine neue Studie zeigt, dass der zunehmende Kohlendioxidgehalt (CO₂) in der Erdatmosphäre die Reaktion der oberen Atmosphäre auf geomagnetische Superstürme maßgeblich verändert.
Geomagnetische Stürme entstehen durch heftige Ausbrüche geladener Teilchen von der Sonne und können die Ionosphäre und Thermosphäre – die obersten Schichten der Erdatmosphäre – stark beeinflussen. Dies wirkt sich direkt auf Satelliten und technologische Systeme im Weltraum aus.
Die Forschung, veröffentlicht im Fachjournal Geophysical Research Letters, basiert auf Simulationen des geomagnetischen Supersturms vom Mai 2024. Die Wissenschaftler modellierten, wie sich die Atmosphäre bei ähnlichen Stürmen heute und in verschiedenen Zukunftsszenarien mit steigenden CO₂-Werten verhalten wird.
Warum die obere Atmosphäre dünner wird
CO₂ wirkt in den hohen Atmosphärenschichten als Radiativkühler:
Das kühlt die Region um mehrere Dutzend Grad ab und lässt die obere Atmosphäre zusammenziehen und dünner werden.
Dadurch verringert sich die sogenannte „neutrale Dichte“ – die Konzentration nicht ionisierter Teilchen wie Sauerstoff und Stickstoff, die entscheidend für den Luftwiderstand von Satelliten ist.
Simulationen von 2016 bis 2084 zeigen klare Trends
Die Forscher nutzten das Community Earth System Model mit der Erweiterung WACCM-X, das die Atmosphäre vom Boden bis etwa 700 Kilometer Höhe simuliert. Sie führten Simulationen durch für den geomagnetischen Sturm vom Mai 2024, modelliert für das Jahr 2016 (CO₂-Konzentration etwa 403 ppm) sowie für die Jahre 2040, 2061 und 2084 mit erwarteten CO₂-Werten von bis zu 918 ppm.
Ergebnis:
Die absolute Dichte der oberen Atmosphäre während des Sturms nimmt in der Zukunft deutlich ab – um 20 bis 50 Prozent weniger als heute.
Das bedeutet, dass Satelliten künftig in einer insgesamt dünneren Atmosphäre unterwegs sind.
Allerdings nimmt die relative Dichtezunahme während eines Sturms zu – während heute etwa eine Verdopplung der Dichte auftritt, könnte sie in der Zukunft fast eine Verdreifachung bedeuten, bezogen auf die jeweilige Ausgangsdichte.
Auswirkungen auf Satelliten und Raumfahrt
Da der Luftwiderstand auf Satelliten in der dünneren Thermosphäre geringer ist, verringert sich deren Abbremsung durch die Atmosphäre.
- Das könnte Satelliten helfen, ihre Umlaufbahnen länger stabil zu halten.
- Gleichzeitig bedeutet die größere relative Dichteänderung, dass schnelle Schwankungen im Luftwiderstand intensiver ausfallen könnten, was eine Herausforderung für die präzise Bahnsteuerung darstellt.
Komplexe Wechselwirkungen zwischen CO₂, Ionosphäre und Thermosphäre
Die Studie zeigt zudem, dass nicht nur die Thermosphäre, sondern auch die Ionosphäre – eine elektrisch geladene Schicht oberhalb der Erde – durch steigende Treibhausgaswerte beeinflusst wird.
Die Effekte sind jedoch komplex und variieren je nach Höhe, Tageszeit und geografischer Region. Beispielsweise schwächt CO₂ den absoluten Anstieg der Ionosphärenaktivität während eines Sturms, verstärkt aber die relative Reaktion.
Bedeutung für Forschung und Zukunft
Diese Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt, um die komplexen Auswirkungen des Klimawandels auch auf die Weltraumatmosphäre und Weltraumwetter besser zu verstehen.
Die Forschenden weisen darauf hin, dass weitere Studien notwendig sind, um unterschiedliche Arten von geomagnetischen Stürmen und deren Variabilität im 11-jährigen Sonnenzyklus zu untersuchen.
Die Kombination von Klimamodellen mit Weltraumwettervorhersagen wird zukünftig helfen, Satelliten und andere Raumfahrttechnologien besser gegen die Auswirkungen von Sonnenstürmen zu schützen.
Quelle
Pedatella et al., „Impact of Increasing Greenhouse Gases on the Ionosphere and Thermosphere Response to a May 2024-Like Geomagnetic Superstorm“, Geophysical Research Letters, 14. Juni 2025,