Als ein Dichter rote Lichter sah: Was Baumringe über die ungezähmte Sonne des Mittelalters verraten

Im Februar des Jahres 1204 notierte der japanische Hofdichter Fujiwara no Teika eine ungewöhnliche Beobachtung in seinem Tagebuch: „Rote Lichter am nördlichen Himmel über Kyoto“. Was der Poet nicht wissen konnte: Er wurde Zeuge eines seltenen Polarlichts, das weit südlich der üblichen Polarlichter auftrat - und das ihn zum Chronisten eines Sonnensturms machte, dessen Spuren Forscher nun mehr als 800 Jahre später in den Jahresringen japanischer Bäume entdeckt haben. Die Geschichte, die diese stummen Zeugen erzählen, verändert unser Bild von der Aktivität der Sonne im Mittelalter und wirft ein neues Licht auf die Gefahren, die selbst weniger extreme Sonnenausbrüche für unsere technisierte Welt bedeuten.

Rote Lichter über Kyoto - ein ungewöhnliches Himmelsschauspiel

Dass Fujiwara no Teika das rote Leuchten überhaupt sehen konnte, war ein Hinweis auf ein außergewöhnliches Ereignis. Polarlichter entstehen, wenn elektrisch geladene Teilchen von der Sonne auf das Erdmagnetfeld treffen und in der oberen Atmosphäre Gasmoleküle zum Leuchten anregen. Normalerweise tanzen diese Lichter nur in hohen Breiten um die Pole. Je stärker der Sonnensturm, desto weiter dringen sie in Richtung Äquator vor. Kyoto liegt auf dem 35. Breitengrad - eine Region, in der man Polarlichter nur bei extremen solaren Ausbrüchen erwartet. Auch chinesische Astronomen berichteten um dieselbe Zeit von einem roten Polarlicht, was die Besonderheit des Ereignisses unterstreicht. Für die Wissenschaftler um Hiroko Miyahara vom Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) war diese historische Schilderung der Ausgangspunkt, um nach den unsichtbaren Begleitern solcher Himmelsphänomene zu suchen: solaren Protonenstürmen.

Kohlenstoff-14 als kosmischer Fingerabdruck

Ein solarer Protonensturm (Solar Proton Event, SPE) ist ein Schauer hochenergetischer Protonen, die von Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Während das Erdmagnetfeld die meisten dieser Teilchen ablenkt, können einige durch die magnetische Abschirmung brechen und in die Atmosphäre eindringen. Dort kollidieren sie mit atmosphärischen Gasen und erzeugen dabei unter anderem das Isotop Kohlenstoff-14. Dieses radioaktive Kohlenstoffatom verteilt sich über den gesamten Planeten und wird von lebenden Organismen - darunter Bäume - in ihr Gewebe eingebaut. Jeder Jahresring konserviert so die atmosphärische Kohlenstoff-14-Konzentration des entsprechenden Jahres. Ein plötzlicher Anstieg in einem engen Zeitfenster gilt als untrüglicher Beweis für einen starken Protonensturm.

Genau eine solche Signatur fanden Miyahara und ihr Team in den Überresten von Asunaro-Bäumen, die in Nordjapan vergraben waren. Die Analyse der Baumringe offenbarte eine auffällige Kohlenstoff-14-Schicht, die sich auf den Winter 1200 bis zum Frühjahr 1201 datieren ließ - nur wenige Jahre vor der Aurora-Beobachtung des Dichters. „Frühere Studien zu historischen SPEs konzentrierten sich auf seltene, extrem starke Ereignisse“, erklärt Miyahara. „Unsere Arbeit liefert eine Grundlage, um sub-extreme SPEs aufzuspüren.“ Diese weniger extremen, aber immer noch gefährlichen Protonenstürme besitzen etwa 10 bis 30 Prozent der Energie der heftigsten bekannten Ausbrüche und treten deutlich häufiger auf. Bislang waren sie nur schwer zu identifizieren. Die neue Methode, die hochpräzise Radiokarbondaten mit dendrochronologischen Verfahren kombiniert, erlaubt es nun, solche Ereignisse effizient zu erkennen und die Bedingungen zu verstehen, unter denen sie wahrscheinlicher werden.

Die Sonne im Schnelldurchlauf - ein ungewöhnlich kurzer Zyklus

Die Analyse der Baumringe lieferte jedoch noch mehr als den Nachweis eines einzelnen Protonensturms. „Die hochpräzisen Daten erlauben es uns nicht nur, sub-extreme solare Protonenstürme genau zu datieren, sondern auch die Sonnenzyklen dieser Zeit klar zu rekonstruieren“, sagt Miyahara. Heute schwankt die Aktivität der Sonne in einem etwa elfjährigen Rhythmus zwischen Maximum und Minimum. Die Forscher fanden heraus, dass dieser Zyklus um das Jahr 1200 herum nur sieben bis acht Jahre dauerte - ein Zeichen für eine ungewöhnlich aktive Sonne. Der nachgewiesene Protonensturm ereignete sich demnach auf dem Höhepunkt eines dieser verkürzten Zyklen.

Doch damit nicht genug der Überraschungen: Das Polarlicht, das japanische und chinesische Beobachter im Jahr 1204 sahen, trat zu einem Zeitpunkt auf, als der Sonnenzyklus sich bereits seinem periodischen Minimum näherte. Normalerweise erwartet man verstärktes Weltraumwetter in Phasen hoher Sonnenaktivität, wenn koronale Massenauswürfe häufiger werden. „Das ist unerwartet, und wir sind gespannt, welche solaren Bedingungen so etwas verursachen könnten“, kommentiert Miyahara diese Entdeckung. Die Kombination aus verkürzten Zyklen und einem starken Polarlicht in der abklingenden Phase stellt gängige Modelle der Sonnenphysik auf die Probe.

Gefahr aus dem All - was sub-extreme SPEs für uns bedeuten

Die Erkenntnisse aus dem Mittelalter sind nicht nur von historischem Interesse. Solare Protonenstürme stellen eine konkrete Bedrohung für Astronauten und Raumfahrzeuge dar, da die hochenergetischen Teilchen elektronische Systeme stören und menschliches Gewebe schädigen können. Auf der Erde können starke Sonnenstürme Stromnetze lahmlegen, Satelliten beschädigen und die Kommunikation beeinträchtigen. Bisher galt die Aufmerksamkeit vor allem den extremen, seltenen Ereignissen, wie dem Carrington-Ereignis von 1859. Die Studie zeigt jedoch, dass auch sub-extreme SPEs, die häufiger vorkommen, ein erhebliches Risiko bergen - und dass sie sich mit der richtigen Methodik in der Vergangenheit aufspüren lassen.

Einige der zentralen Erkenntnisse der Untersuchung lassen sich so zusammenfassen:

• Die Kohlenstoff-14-Signatur in Baumringen belegt einen sub-extremen Protonensturm um 1200/1201.
• Der Sonnenzyklus war zu jener Zeit mit sieben bis acht Jahren deutlich kürzer als der heutige Elfjahreszyklus.
• Das Polarlicht von 1204 erschien unerwartet in der abklingenden Phase des Zyklus, nahe dem solaren Minimum.
• Sub-extreme SPEs sind etwa drei- bis zehnmal schwächer als die extremsten bekannten Ereignisse, aber dennoch gefährlich.
• Die neue Nachweismethode erlaubt es, solche Ereignisse systematisch in Baumringarchiven zu identifizieren.

Die Entdeckung wirft auch ein neues Licht auf die langfristige Aktivität der Sonne. Isotopenstudien an Eisbohrkernen, Baumfossilien und Sedimenten zeigen, dass der Sonnenzyklus in den vergangenen 11.000 Jahren in Länge und Intensität schwankte. Bislang galt die Periode ab etwa 1940 als die stärkste solare Aktivitätsphase der letzten 9.000 Jahre. Die neuen Befunde deuten jedoch darauf hin, dass es im Hochmittelalter eine noch heftigere Phase gegeben haben könnte. Sollte sich das bestätigen, müssten die Modelle zur langfristigen Sonnenentwicklung überdacht werden.

Die Studie, veröffentlicht im Fachjournal Proceedings of the Japan Academy, Series B, zeigt einmal mehr, wie sehr die Geheimnisse der Sonne in irdischen Archiven schlummern. Dass ausgerechnet das Tagebuch eines Dichters den Anstoß gab, einen unsichtbaren Sonnensturm dingfest zu machen, ist eine jener glücklichen Fügungen, die Wissenschaft und Poesie auf unerwartete Weise verbinden. Noch ist unser Bild vom nächsten Stern lückenhaft, doch die Geschichte kann uns helfen, die verborgene Vergangenheit der Sonne zu entschlüsseln - und uns auf das vorzubereiten, was sie in Zukunft für uns bereithalten mag.

Quellen:

• An ancient solar storm left clues in tree rings and a famous poet’s diary: ‚Red lights in the northern sky‘ (Space.com)
• What Most Founders Get Wrong When Choosing a Cofounder (Psychology Today - Articles)
• Scientists thought Jupiter’s moon Europa was ejecting water. Now they’re not so sure (Space.com)
• ‚The Mandalorian and Grogu‘ is better viewed as a ‚Star Wars‘ origin story for Rotta the Hutt (Space.com)
• Looking for epic ‚Star Wars: The Mandalorian and Grogu‘ merch? ‚This is the way‘ to Grogu Crocs, Lego & more (Space.com)
• Who is Embo, the enigmatic villain in ‚The Mandalorian & Grogu‘? (Space.com)

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Kinetyra