Weltraumsonde erforscht die Heliosphäre unseres Sonnensystems

Wie beeinflusst die Sonne die Heliosphäre? Um diese und weitere grundlegende Fragen zur Sonnenphysik zu beantworten, ist am Montag, 10. Februar 2020, um 05:03 Uhr mitteleuropäischer Zeit (9. Februar, 23:03 Uhr Ortszeit) die Sonde Solar Orbiter an Bord einer Atlas-V-Trägerrakete vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida (USA) auf ihre lange Reise durch das All gestartet.

“Auf ihrem Zielorbit angekommen, wird sich die Sonde unserem Zentralgestirn bis auf 42 Millionen Kilometer annähern und auch erstmalig detaillierte Bilder von den Polregionen der Sonne liefern können”, erklärt Carsten Henselowsky, Solar-Orbiter-Projektleiter im Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). “Wir wollen mit der Mission unter anderem erforschen, wie der Sonnenwind entsteht und wie das Magnetfeld der Sonne erzeugt wird.”

 

Solar Orbiter liefert erstmals Detailaufnahmen von den Polregionen der Sonne

Einzigartig an der Mission ist nicht nur die erstmalige Aufnahme der Polarregionen mit hochauflösenden optischen Instrumenten, sondern auch die Kombination von Fernerkundung mittels Teleskopen und In-Situ-Messungen im direkten Umfeld des Sterns. Mindestens sieben Jahre lang soll Solar Orbiter die Sonne auf einer elliptischen Bahn umrunden und unter anderem Informationen über elektrische Felder, energiereiche Teilchen und seismische Wellen sammeln. Dabei kommt die Sonde dem Stern mit einer minimalen Distanz von 42 Millionen Kilometern so nahe, dass Raumfahrzeug und Instrumente vor große Herausforderungen gestellt werden: Sie müssen Temperaturen von minus 180 bis zu mehr als 500 Grad Celsius standhalten können.

Wissenschaftler hoffen, mit Hilfe der Daten von Solar Orbiter die Vorgänge in der Heliosphäre – also in der Sonnenatmosphäre, die unser Sonnensystem wie eine große Plasmablase ausfüllt – besser verstehen zu können. “Die neuen Erkenntnisse sollen aber nicht nur für die Weltraumforschung genutzt werden”, so Henselowsky. “Sie sollen auch dazu beitragen, Infrastruktursysteme auf der Erde und im erdnahen Raum besser schützen zu können. Denn die Sonne hat nicht nur Auswirkungen auf unser Klima, sondern auch auf das so genannte Weltraumwetter. Sonnenstürme beeinträchtigen etwa unsere elektrischen Systeme sowie Satelliten und deren Kommunikations- und Navigationsdienste.”

Während des Betriebs von Solar Orbiter soll bei der wissenschaftlichen Datenauswertung eine Zusammenführung der Messdaten mit denen anderer Missionen erfolgen. Hiermit werden frühere Messungen weitergeführt. Es finden aber auch ergänzende Messungen in Abstimmung mit laufenden Missionen, wie etwa der 2018 gestarteten NASA-Mission Parker Solar Probe statt, um so Wissenslücken aus früheren Missionen aufzufüllen.

 

Die lange Reise zur Sonne

Für ihren langen Weg zur Sonne muss die Sonde Solar Orbiter mehrfach Schwung holen, um Treibstoff einzusparen. Für diese Swing-by-Manöver werden die Anziehungskräfte von Erde und Venus genutzt. Etwas mehr als eineinhalb Jahre dauert die Reise ins All, bevor Solar Orbiter den wissenschaftlichen Ziel-Orbit erreicht. Bereits während dieser Transferphase werden die In-Situ-Instrumente ihre wissenschaftlichen Messungen beginnen. Erst danach, im eigentlichen Wissenschaftsorbit um die Sonne, kommen auch die Fernerkundungsinstrumente zum Einsatz.

 

Hohe deutsche Beteiligung an den Instrumenten

An sechs der zehn Instrumente auf Solar Orbiter sind deutsche Forschungseinrichtungen und Institute beteiligt. Deutsches Hauptinstrument ist das in internationaler Kooperation unter der Gesamtleitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelte Instrument PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager), mit Beteiligung das Kiepenheuer Institut für Sonnenphysik (KIS) in Freiburg. Ziel von PHI ist die Bestimmung der Magnetfeldrichtung und der Geschwindigkeiten der Materie in der solaren Photosphäre. Beteiligt ist das MPS außerdem an den Instrumenten EUI (Extreme Ultraviolet Imager) zur Erstellung von Bildsequenzen der verschiedenen Atmosphärenschichten der Sonne, METIS (Multi Element Telescope for Imaging and Spectroscopy) zur Abbildung der Korona im nahen und extremen Ultraviolett-Bereich sowie SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment), das die Plasmaeigenschaften der Sonnenkorona untersuchen soll.

Die Eigenschaften von suprathermalen und energiereichen Teilchen des Sonnenwindes soll das Instrument EPD (Energetic Particle Detector) messen, zu dem die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) verschieden Sensoren beigesteuert hat. An dem abbildenden Röntgentelelskop STIX (Instrument Spectrometer Telescope for Imaging X-rays) ist das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) beteiligt.

Die Mission Solar Orbiter wird unter der Gesamtleitung der Europäischen Weltraumorganisation ESA mit starker Beteiligung der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA durchgeführt. Entwicklung und Bau der wissenschaftlichen Instrumente und der Solar-Orbiter-Sonde sowie der wissenschaftliche Betrieb und die Aufbereitung der gewonnenen Daten wird vom DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

 

Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)