Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 24. August 2023.

24. August 2023 – Kleinste Plasmaströme auf der Sonne, die mit Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Stunde von der Sonnenkorona ins All rasen, könnten der lang gesuchte Antrieb des Sonnenwindes sein. Wie ein Forscherteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen heute in der Fachzeitschrift Science berichtet, findet sich in hochaufgelösten Aufnahmen eines koronalen Lochs, die der ESA-Raumsonde Solar Orbiter im März vergangenen Jahres gelungen sind, eine Vielzahl solcher Mini-Ströme. Koronale Löcher zeigen sich als dunkle Bereiche in Aufnahmen der Korona und gelten als Ausgangsort des Sonnenwindes. Wie die Auswertungen jetzt zeigen, sind die Plasmaströme zwar ein ständig wiederkehrendes und häufiges Phänomen, jeder einzelne reißt jedoch nach kurzer Zeit ab. Dies legt den Schluss nahe, dass der Sonnenwind bei näherer Betrachtung nicht als gleichmäßiger Teilchenstrom ausgestoßen wird, sondern zu Beginn und auf kleinen Skalen unregelmäßig fluktuiert.

Die Sonne sendet nicht nur Strahlung ins All, sondern auch einen Strom geladener Teilchen wie etwa Protonen und Elektronen. Dieser Sonnenwind fällt je nach Aktivität der Sonne mal stärker und mal schwächer aus, kommt jedoch nie vollständig zum Erliegen. Die schnellsten Teilchen des Sonnenwindes erreichen Überschallgeschwindigkeiten von mehr als 500 Kilometern pro Sekunde. Ihre Quellregionen sind koronale Löcher vorzugsweise in der Nähe der Sonnenpole. Auf Aufnahmen der Sonnenkorona im ultravioletten Licht zeigen sich diese „Löcher“ als dunkle Bereiche. Dort weisen die Feldlinien des Sonnenmagnetfeldes nicht bogenförmig zurück zur Sonne, sondern ragen in den interplanetaren Raum. Die Aufnahmen der Raumsonde Solar Orbiter, die das Forscherteam nun ausgewertet hat, zeigen ein solches koronales Loch in bisher unerreichter Detailschärfe und mit schneller Bildabfolge.

Zum Zeitpunkt der Aufnahmen am 30. März 2022 hatte Solar Orbiter den sonnennächsten Punkt seiner stark elliptischen Umlaufbahn um die Sonne erreicht. Aus einem Abstand von nur etwa 50 Millionen Kilometern blickte die Sonde aus geringerem Abstand auf die Sonnenkorona, als jeder ihrer Vorgänger. Etwa eine halbe Stunde lang konnte das Instrument Extreme-Ultraviolet Imager (EUI), zu dessen Bau und Entwicklung auch wissenschaftlich-technische Teams des MPS beigetragen haben, seinen Blick auf ein koronales Loch in der Nähe des Südpols richten.

„Wie genau es der Sonne gelingt, den Sonnenwind mit hohen Geschwindigkeiten ins All zu beschleunigen, war bisher unklar. Die einzigartigen Aufnahmen von Solar Orbiter bieten uns die Möglichkeit, genauer als je zuvor auf die Quellregionen des Sonnenwindes zu schauen und so diesen Prozess besser als zuvor zu verstehen“, erklärt MPS-Wissenschaftler Dr. Lakshmi Pradeep Chitta, Erstautor der neuen Studie.

Kleine Ausbrüche mit großer Wirkung
In den Aufnahmen findet sich eine Vielzahl kleinster Ströme, die sich mit Geschwindigkeiten von einigen hundert Kilometern pro Sekunde von der Sonne fortbewegen. Sie sind etwa 100 Kilometer breit, von langgezogener oder Y-förmiger Gestalt und recht kurzlebig: nach etwa 20 bis 100 Sekunden verblassen sie. Auch die Energie, die jeder einzelne Strom transportiert, ist verhältnismäßig klein: etwa der billionste Teil der Energie, welche die größten Explosionen im Sonnensystem, Strahlungsausbrüche der Sonne der Kategorie X, freisetzen. Deshalb sprechen die Forscherinnen und Forscher von Piko-Flare-Strömen. Für irdische Verhältnisse ist diese Energiemenge dennoch gewaltig: Sie entspricht etwa der Energiemenge, die 10.000 Haushalte in Deutschland im Laufe eines Jahres verbrauchen.

In der Summe dürften die Mini-Ströme dennoch einen Großteil der Energie bereitstellen, die erforderlich ist, die Sonnenwindteilchen auf ihre Überschallreise durchs All zu schicken. „Die Ströme, die wir nun entdeckt haben, sind zwar klein und treten nur sporadisch auf“, so Chitta, „sie sind aber offenbar ein häufiges Phänomen und in dem betrachteten koronalen Loch geradezu allgegenwärtig.“ Auslöser der Piko-Flare-Ströme könnten lokale Umstrukturierungen des Sonnenmagnetfeldes sein. Von größeren, ähnlich geformten Strömen ist bekannt, dass sie dort entstehen, wo sich offene und geschlossene Feldlinien des Sonnenmagnetfeldes treffen, neu anordnen und dabei Energie freisetzen.

Teilchenstrom mit Feinstruktur
In bisherigen Vorstellungen ist der Sonnenwind ein über große Zeiträume betrachtet zwar an- und abschwellender, ansonsten aber homogener Teilchenstrom. Diese Sicht scheint nicht länger haltbar zu sein. Wie Solar Orbiters zeitlich und räumlich hochaufgelöste Messungen zeigen, nimmt der Sonnenwind seinen Ursprung offenbar in Gestalt vieler winziger Ströme – ähnlich wie die meisten Flüsse sich aus einer Vielzahl kleiner Bäche und Nebenarme speisen.

„Je genauer wir mit Solar Orbiter in die Korona der Sonne schauen, desto mehr finden wir, welch entscheidende Rolle kleinste Strukturen und Prozesse für das Verständnis unseres Sterns spielen“, so Koautor Prof. Dr. Hardi Peter vom MPS. Die Forschenden halten es für möglich, dass sogar noch kleinere Ströme oder schwächere Strahlungsausbrüche, die auch dem Sonnenspäher der ESA verborgen bleiben, am Werk sind. Die Forscherinnen und Forscher hoffen nun, im weiteren Verlauf der Mission mehr über die Piko-Flare-Ströme zu lernen. In den kommenden Jahren wird Solar Orbiter, die Ebene, in der die Planeten um die Sonne kreisen, mehr und mehr verlassen und so eine immer bessere Sicht auf ihre Polregionen – und die dortigen koronalen Löcher – genießen.

Originalveröffentlichung
L.P. Chitta et al.: Picoflare jets power the solar wind emerging from a coronal hole on the Sun, Science, 24. August 2023,
dx.doi.org/10.1126/science.ade5801, https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade5801.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 12. September 2022.

12. September 2022 – Während des bisher engsten Vorbeiflugs der ESA-Raumsonde Solar Orbiter an der Sonne im Frühjahr dieses Jahres wurde der Koronograph Metis Zeuge eines kuriosen Schauspiels in der Korona: einer S-förmigen, einige hunderttausend Kilometer großen Plasmastruktur, die sich mit hoher Geschwindigkeit von der Sonne wegbewegt. Eine Forschergruppe, zu denen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen zählen, halten dies für die Aufnahme eines so genannten „Switchbacks“. Das Phänomen ist seit Jahrzehnten aus Sonnenwindmessungen bekannt, wo es sich als kurzzeitige Umkehr des Magnetfeldes zeigt. Die Messdaten von Solar Orbiter und neue Modellrechnungen ermöglichen es nun erstmals, dem Ursprung des Phänomens bis hinunter in die untere Korona nachzuspüren. Wie das Team heute in der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal Letters“ berichtet, lösen dort Umstrukturierungen im solaren Magnetfeld die Switchbacks aus.

Das Magnetfeld der Sonne macht sich nicht nur in ihrer unmittelbaren Umgebung bemerkbar. Der Sonnenwind, der stetige Strom geladener Teilchen von der Sonne, trägt es weit in den Weltraum hinaus und erzeugt so die Heliosphäre, den magnetischen Einflussbereich der Sonne. Plötzliche, lokal auftretende Umkehrungen des Magnetfeldes sind dabei offenbar keine Seltenheit. In großer Nähe zur Sonne ist das Phänomen der NASA-Raumsonde Parker Solar Probe in den vergangenen Jahren häufig begegnet. Auch die deutsch-amerikanischen Zwillingssonden Helios I und II sowie die NASA-Sonde Ulysses fingen in den 70er und 90er Jahren in deutlich größerem Abstand zur Sonne vereinzelt entsprechende Messdaten ein. Die so gennannten Switchbacks dauern höchstens einige Stunden an, haben eine S-förmige Gestalt und gehen oftmals mit Beschleunigungen des Sonnenwindes einher. Ihr Ursprung blieb jedoch bisher weitestgehend unklar.

Die neuen Messungen von Solar Orbiter, die heute veröffentlicht werden, bringen neue Erkenntnisse – auch weil sich die Beobachtungen der ESA-Sonde fundamental von denen ihrer sonnenforschenden Vorgänger unterscheiden. Bei den bisherigen Begegnungen mit Switchbacks handelte es sich um in situ-Messungen: Die Raumsonden durchflogen den Sonnenwind und zeichneten die Stärke und Richtung des Magnetfeldes am eigenen Standort auf. Solar Orbiter hingegen ist auch mit Teleskopen und Kameras ausgerüstet und kann so das Phänomen in seiner Gesamtheit abbilden.

Langgestreckte, gebogene Plasmastruktur
Dies gelang dem Solar Orbiter-Koronograph Metis am 25. März dieses Jahres, einen Tag bevor die Raumsonde ihren bisher sonnennächsten Punkt erreichte. Weniger als 48 Millionen Kilometer trennten Solar Orbiter zu diesem Zeitpunkt von der Sonne. Der Koronograph deckt die helle Sonnenscheibe sowie die innere Atmosphäre der Sonne ab und macht so Vorgänge in der deutlich lichtschwächeren äußeren Atmosphäre sichtbar. Am MPS wurden die Kameras des Instrumentes entwickelt und gebaut.

In den jetzt veröffentlichten Aufnahmen ist eine langestreckte, S-förmig gebogene Plasmastruktur zu erkennen, die zunächst in einer Höhe von 2,6 Sonnenradien oberhalb der Sonnenoberfläche auftritt. Mit einer Geschwindigkeit von mindestens 290.000 Kilometern pro Stunde bewegt sie sich radial von der Sonne weg, wobei sich ein kleiner Teil der Struktur in entgegengesetzter Richtung auszubreiten scheint.

„Die große Stärke von Solar Orbiter ist, dass die Raumsonde mit Instrumenten ausgerüstet ist, die gleichzeitig in unterschiedliche Schichten der Sonne schauen können“, erklärt Dr. Luca Teriaca vom MPS, Co-Principal Investigator von Metis und Ko-Autor der aktuellen Studie. „So konnten wir den Switchback erstmals bis zu seinem Ursprung verfolgen“, fügt er hinzu. Denn auch der Extreme Ultraviolet-Imager (EUI) von Solar Orbiter war am 25. März eingeschaltet. Das Instrument, zu dem das MPS eines von drei Teleskopen beigesteuert hat, fängt die extrem kurzwellige ultraviolette Strahlung aus der inneren Korona ein. Sein Sichtfeld liegt somit deutlich näher an der Oberfläche der Sonne als das von Metis.

Die EUI-Aufnahmen vom 25. März zeigen unterhalb des Switchbacks ein wahres Feuerwerk heller Plasmabögen, die sich von der Sonnenoberfläche bis in die innere Korona erstrecken. Wie auch hier treten solche koronalen Bögen häufig in Zusammenhang mit aktiven Regionen, Gebieten starker Magnetfeldstärke an der Oberfläche der Sonne, auf. Das Plasma strömt dort entlang der gebogenen, geschlossenen Feldlinien des Sonnenmagnetfeldes.

Umbauarbeiten im Magnetfeld
Um zu verstehen, wie die Beobachtungen von EUI und Metis zusammenpassen, hat das Team umfangreiche magnetohydrodynamische Modellrechnungen durchgeführt. Auf diese Weise konnten die Forscherinnen und Forscher sowohl die Architektur des solaren Magnetfeldes zum Zeitpunkt des Switchbacks berechnen, als auch die Entwicklung und Ausbreitung der kuriosen Struktur selbst nachvollziehen.

„Die Berechnungen deuten darauf hin, dass sich Switchbacks dort bilden, wo sich das Magnetfeld oberhalb einer aktiven Region neu formiert“, so MPS-Wissenschaftlerin und Ko-Autorin Dr. Regina Aznar Cuadrado. In direkter Nachbarschaft zu den geschlossenen Magnetfeldlinien fand das Team offene Feldlinien, die weit ins All reichen. Dort, wo beide Arten von Magnetfeldlinien interagieren, strukturiert sich das Magnetfeld um; die freiwerdende Energie wird in Form einer S-förmigen Störung im Plasma freigesetzt.

„Switchbacks gehen oftmals mit einem lokalen Anstieg der Sonnenwindgeschwindigkeit einher“, ordnet MPS-Wissenschaftler und Ko-Autor Prof. Dr. Hardi Peter die neuen Ergebnisse ein. „Die aktuelle Studie kann deshalb möglicherweise helfen zu verstehen, wie der Sonnenwind ins All beschleunigt wird“, fügt er hinzu.

Von der Korona bis in die Heliosphäre
Das Team hofft nun darauf, das Solar Orbiter in den kommenden Monaten Zeuge weiterer Switchbacks wird. Im Idealfall breitet sich die Plasmastörung dann in Richtung der Raumsonde aus und erreicht sie schließlich. Auf diese Weise könnten nicht nur Solar Orbiter’s Teleskope, sondern auch die in situ-Instrumente Messdaten einfangen – und das Phänomen erstmals von seinem Entstehungsort bis in die Heliosphäre nachverfolgen.

Originalveröffentlichung
Daniele Telloni et al.: Observation of magnetic Switchback in the Solar Corona, The Astrophysical Journal Letters, Vol. 936, Nr. 2, dx.doi.org/10.3847/2041-8213/ac8104,
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac8104,
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac8104/pdf.

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Quelle: ESA 18. Mai 2022.

18. Mai 2022 – Obwohl die Analyse des neuen Datensatzes gerade erst begonnen hat, ist bereits jetzt klar, dass die von der ESA geleitete Mission die außergewöhnlichsten Einblicke in das magnetische Verhalten der Sonne liefert und auf die Art und Weise, wie die Sonne das Weltraumwetter beeinflusst.

Die größte Annäherung von Solar Orbiter an die Sonne, das sogenannte Perihel, fand am 26. März 2022 statt. Die Sonde befand sich innerhalb der Umlaufbahn des Merkurs, etwa ein Drittel so weit von der Sonne entfernt wie die Erde, und ihr Hitzeschild erreichte etwa 500 °C. Diese Hitze wurde jedoch mit einer innovativen Technologie abgeleitet, um die Sicherheit und den Betrieb des Raumfahrzeugs zu gewährleisten.

Solar Orbiter ist mit zehn wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, von denen neun von den ESA-Mitgliedstaaten und eines von der NASA geleitet werden. Bei einigen handelt es sich um Fernerkundungsinstrumente, wie Kameras, die die Sonne beobachten, während andere Instrumente die Bedingungen in der Umgebung der Raumsonde überwachen und es den Wissenschaftlern ermöglichen, den Zusammenhang zwischen dem, was sie auf der Sonne sehen, und dem, was Solar Orbiter an seinem Standort im Sonnenwind in Millionen von Kilometern Entfernung „fühlt“, herzustellen.

Je näher die Raumsonde der Sonne kommt, desto feinere Details können die Fernerkundungsinstrumente erkennen. Und wie es der Zufall will, hat die Sonde mehrere Sonneneruptionen und sogar einen auf die Erde gerichteten koronalen Massenauswurf aufgenommen und damit einen Vorgeschmack auf die Weltraumwettervorhersage in Echtzeit gegeben – ein Unterfangen, das angesichts der Bedrohung, die das Weltraumwetter für Technologie und Astronauten darstellt, immer wichtiger wird.

Der Solare Igel stellt sich vor
„Die Bilder sind wirklich atemberaubend”, sagt David Berghmans vom Königlichen Observatorium von Belgien und leitender Forscher des EUI-Instruments (Extreme Ultraviolet Imager), das hochauflösende Bilder der unteren Schichten der Sonnenatmosphäre, der sogenannten Sonnenkorona, aufnimmt. In dieser Region findet der Großteil der Sonnenaktivität statt, die das Weltraumwetter bestimmt.

Die Aufgabe des EUI-Teams besteht nun darin, zu verstehen, was sie sehen. Dies ist keine leichte Aufgabe, da Solar Orbiter so viel Aktivität auf der Sonne im kleinen Maßstab aufdeckt. Wenn die Wissenschaftler*innen ein Merkmal oder ein Ereignis entdeckt haben, das sie nicht auf Anhieb erkennen können, müssen sie frühere Sonnenbeobachtungen anderer Weltraummissionen durchforsten, um herauszufinden, ob etwas Ähnliches schon einmal gesehen wurde.

„Selbst wenn Solar Obiter morgen aufhören würde, Daten zu erfassen, wäre ich noch jahrelang damit beschäftigt, all diese Dinge herauszufinden”, sagt David Berghmans.

Ein besonders auffälliges Merkmal wurde während dieses Periheliums beobachtet. Bis jetzt hat er den Spitznamen „Hedgehog (Igel)“ erhalten. Er erstreckt sich 25.000 Kilometer quer über die Sonne und hat eine Vielzahl von Spitzen aus heißem und kälterem Gas, die sich in alle Richtungen erstrecken.

Die Punkte verbinden
Das wichtigste wissenschaftliche Ziel von Solar Orbiter ist die Erforschung der Verbindung zwischen der Sonne und der Heliosphäre. Die Heliosphäre ist die große „Blase” des Weltraums, die sich über die Planeten unseres Sonnensystems hinaus erstreckt. Sie ist mit elektrisch geladenen Teilchen gefüllt, von denen die meisten von der Sonne ausgestoßen wurden und den Sonnenwind bilden. Es sind die Bewegungen dieser Teilchen und die damit verbundenen solaren Magnetfelder, die das Weltraumwetter erzeugen.

Um die Auswirkungen der Sonne auf die Heliosphäre zu erfassen, müssen die Ergebnisse der In-situ-Instrumente, die die Partikel und Magnetfelder aufzeichnen, die über die Raumsonde hinwegfliegen, zu den Ereignissen auf oder nahe der sichtbaren Oberfläche der Sonne zurückverfolgt werden, die von den Fernerkundungsinstrumenten erfasst werden.

Dies ist keine leichte Aufgabe, da die magnetische Umgebung der Sonne sehr komplex ist, aber je näher die Raumsonde an die Sonne herankommt, desto weniger kompliziert ist es, die Teilchenereignisse entlang der „Autobahnen” der Magnetfeldlinien zur Sonne zurückzuverfolgen. Das erste Perihel war ein wichtiger Test dafür, und die bisherigen Ergebnisse sehen sehr vielversprechend aus.

Am 21. März 2022, einige Tage vor dem Perihel, fegte eine Wolke energetischer Teilchen über die Raumsonde hinweg. Es wurde mit dem Energetic Particle Detector (EPD, Energetischer Partikeldetektor) nachgewiesen. Es ist bezeichnend, dass die energiereichsten von ihnen zuerst ankamen, gefolgt von denen mit immer niedrigeren Energien.

„Das deutet darauf hin, dass die Partikel nicht in der Nähe der Raumsonde erzeugt werden”, sagt Javier Rodríguez-Pacheco von der Universität Alcalá, Spanien, und Leiter des EPD. Stattdessen wurden sie in der Sonnenatmosphäre, näher an der Sonnenoberfläche, erzeugt. Bei der Durchquerung des Raums zogen die schnelleren Teilchen den Langsameren voraus, wie Läufer bei einem Sprint.

Am selben Tag sah das Radio and Plasma Waves (RPW)-Experiment sie kommen, indem es die starke charakteristische Schwingung von Radiofrequenzen auffing, die erzeugt wird, wenn beschleunigte Teilchen – meist Elektronen – entlang der Magnetfeldlinien der Sonne nach außen wandern. RPW entdeckte dann Schwingungen, die als Langmuir-Wellen bekannt sind. „Sie sind ein Zeichen dafür, dass die energiereichen Elektronen bei der Raumsonde angekommen sind”, sagt Milan Maksimovic, LESIA, Observatoire de Paris, Frankreich und RPW PI.

Von den Fernerkundungsinstrumenten sahen sowohl EUI als auch das Röntgenspektrometer/Teleskop (STIX) Ereignisse auf der Sonne, die für die Freisetzung der Teilchen verantwortlich gewesen sein könnten. Während die Teilchen, die nach außen in den Weltraum strömen, diejenigen sind, die EPD und RPW entdeckt haben, ist es wichtig, daran zu denken, dass andere Teilchen von dem Ereignis nach unten wandern und auf die unteren Schichten der Sonnenatmosphäre treffen können. Hier kommt STIX ins Spiel.

Während das EUI-Instrument das ultraviolette Licht sieht, das am Ort des Flares in der Sonnenatmosphäre freigesetzt wird, sieht STIX die Röntgenstrahlung, die entsteht, wenn die durch den Flare beschleunigten Elektronen mit den Atomkernen in den unteren Schichten der Sonnenatmosphäre wechselwirken.

Wie genau diese Beobachtungen zusammenhängen, müssen die Teams nun untersuchen. Die Zusammensetzung der vom EPD entdeckten Teilchen deutet darauf hin, dass sie wahrscheinlich eher durch einen koronalen Schock als durch eine impulsive Eruption beschleunigt wurden.

„Es könnte sein, dass sie mehrere Beschleunigungsstellen haben”, sagt Samuel Krucker, FHNW, Schweiz, und leitender Wissenschaftler für STIX.

Hinzu kommt, dass das Magnetometer-Instrument (MAG) zu diesem Zeitpunkt keine nennenswerten Werte anzeigte. Dies ist jedoch nicht ungewöhnlich. Die anfängliche Eruption von Teilchen, die als koronaler Massenauswurf (CME) bekannt ist, trägt ein starkes Magnetfeld, das MAG leicht registrieren kann, aber energetische Teilchen aus dem Ereignis reisen viel schneller als der CME und können schnell große Volumina des Raums füllen und daher von Solar Orbiter entdeckt werden. „Aber wenn der CME die Raumsonde verfehlt, wird MAG keine Signatur sehen”, sagt Tim Horbury, Imperial College, UK, und MAG PI.

Was das Magnetfeld betrifft, so beginnt alles an der sichtbaren Oberfläche der Sonne, der so genannten Photosphäre. An dieser Stelle bricht das intern erzeugte Magnetfeld in den Raum aus. Um zu wissen, wie das aussieht, trägt Solar Orbiter das Instrument Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI). So kann man die magnetische Nord- und Südpolarität der Photosphäre sowie die Wellen auf der Sonnenoberfläche erkennen, die von seismischen Wellen verursacht werden, die sich durch das Innere der Sonne bewegen.

„Wir liefern die Magnetfeldmessungen an der Oberfläche der Sonne. Dieses Feld dehnt sich dann aus, geht in die Korona über und treibt im Grunde all das Funkeln und die Aktivitäten an, die man dort oben sieht”, sagt Sami Solanki vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, Deutschland, und der PI des PHI.

Ein weiteres Instrument, das Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE), zeichnet die Zusammensetzung der Korona auf. Diese „Häufigkeitskarten” können mit den Inhalten des Sonnenwindes verglichen werden, die das Instrument Solar Wind Analyser (SWA) ermittelt.

„Damit können wir die Entwicklung der Zusammensetzung des Sonnenwindes von der Sonne bis zur Raumsonde verfolgen, was uns Aufschluss über die Mechanismen gibt, die für die Beschleunigung des Sonnenwindes verantwortlich sind”, sagt Frédéric Auchère, Leiter von SPICE, Institut d’Astrophysique Spatiale, Frankreich.

Vorhersage des Weltraumwetters
Durch die Kombination der Daten aller Instrumente wird das Wissenschaftsteam in der Lage sein, die Geschichte der Sonnenaktivität von der Oberfläche der Sonne bis hin zum Solar Orbiter und darüber hinaus zu erzählen. Und genau dieses Wissen wird den Weg für ein zukünftiges System ebnen, das die Weltraumwetterbedingungen auf der Erde in Echtzeit vorhersagen kann. Im Vorfeld des Perihels bekam Solar Orbiter sogar einen Vorgeschmack darauf, wie ein solches System funktionieren könnte.

Das Raumschiff flog stromaufwärts zur Erde. Diese einzigartige Perspektive bedeutete, dass sie die Bedingungen des Sonnenwindes beobachtete, der einige Stunden später auf die Erde treffen würde. Da die Sonde in direktem Kontakt mit der Erde stand und ihre Signale mit Lichtgeschwindigkeit übertragen wurden, trafen die Daten innerhalb weniger Minuten auf dem Boden ein und konnten analysiert werden. Wie es der Zufall wollte, wurden zu dieser Zeit mehrere CMEs entdeckt, von denen einige direkt auf die Erde zuflogen.

Am 10. März 2022 fegte ein CME über die Raumsonde hinweg. Anhand der Daten von MAG konnte das Team vorhersagen, wann er die Erde treffen würde. Die Ankündigung dieser Nachricht in den sozialen Medien ermöglichte es den Himmelsbeobachtern, sich auf das Polarlicht vorzubereiten, das etwa 18 Stunden später zur vorhergesagten Zeit eintraf.

Diese Erfahrung gab Solar Orbiter einen Vorgeschmack darauf, wie es ist, das Weltraumwetter auf der Erde in Echtzeit vorherzusagen. Ein solches Vorhaben wird immer wichtiger, da das Weltraumwetter eine Gefahr für die Technologie, Astronautinnen und Astronauten darstellt.

Die ESA plant derzeit eine Mission mit dem Namen ESA Vigil, die auf einer Seite der Sonne stationiert sein wird und den Bereich des Weltraums bis zur Erde beobachten soll. Ihre Aufgabe wird es sein, CMEs abzubilden, die durch diese Region reisen, insbesondere solche, die auf unseren Planeten zusteuern. Während des Periheliums wurde Solar Orbiter so positioniert, dass seine Instrumente Metis und SoloHI genau diese Art von Bildern und Daten liefern konnten.

Metis nimmt Bilder der Korona von 1,7–3 Sonnenradien auf. Indem er die helle Sonnenscheibe ausblendet, sieht er die schwächere Korona. „Es liefert dieselben Details wie die bodengestützte Beobachtung einer totalen Sonnenfinsternis, aber anstelle von ein paar Minuten kann Metis kontinuierlich beobachten”, sagt Marco Romoli von der Universität Florenz, Italien, und PI für Metis.

SoloHI zeichnet Bilder des Sonnenlichts auf, das von den Elektronen im Sonnenwind gestreut wird. Eine bestimmte Eruption am 31. März schaffte es in die X-Klasse, die energiereichsten bekannten Sonneneruptionen. Die Daten sind noch nicht ausgewertet worden, da ein Großteil der Daten noch auf der Sonde verbleibt und heruntergeladen werden muss. Jetzt, da Solar Orbiter weiter von der Erde entfernt ist, hat sich die Datenübertragungsrate verlangsamt, und die Forscher müssen sich gedulden – aber sie sind mehr als bereit, mit ihrer Analyse zu beginnen, wenn die Daten ankommen.

„Wir sind immer an den großen Ereignissen interessiert, weil sie die stärksten Reaktionen und die interessanteste Physik hervorrufen, weil man die Extreme betrachtet”, sagt Robin Colaninno, U.S. Naval Research Laboratory, Washington DC, und SoloHI PI.

In Kürze
Es besteht kein Zweifel daran, dass die Instrumententeams nun eine Menge Arbeit vor sich haben. Das Perihel war ein großer Erfolg und hat eine große Menge an außergewöhnlichen Daten hervorgebracht. Und das ist nur ein Vorgeschmack auf das, was noch kommen wird. Schon jetzt rast die Sonde durch den Weltraum, um sich für ihren nächsten – etwas näheren – Perihelvorbeiflug am 13. Oktober 2022 in der 0,29-fachen Entfernung Erde-Sonne aufzustellen. Davor, am 4. September 2022, wird er seinen dritten Vorbeiflug an der Venus machen.

Solar Orbiter hat bereits die ersten Bilder von den weitgehend unerforschten Polarregionen der Sonne aufgenommen, aber es wird noch viel mehr kommen.

Am 18. Februar 2025 wird Solar Orbiter zum vierten Mal der Venus begegnen. Dadurch erhöht sich die Neigung der Umlaufbahn der Sonde auf etwa 17 Grad. Mit dem fünften Venusvorbeiflug am 24. Dezember 2026 wird sich dieser Winkel noch weiter auf 24 Grad erhöhen, was den Beginn der „High-Latitude“-Mission markieren wird.

In dieser Phase wird Solar Orbiter die Polarregionen der Sonne so direkt wie nie zuvor sehen. Solche Sichtlinienbeobachtungen sind der Schlüssel zur Entschlüsselung der komplexen magnetischen Umgebung an den Polen, die wiederum das Geheimnis des 11-Jahres-Zyklus der zunehmenden und abnehmenden Aktivität der Sonne bergen könnte.

„Wir sind von der Qualität der Daten unseres ersten Perihels begeistert”, sagt Daniel Müller, ESA-Projektwissenschaftler für Solar Orbiter, „Es ist kaum zu glauben, dass dies erst der Anfang der Mission ist. Wir werden in der Tat sehr beschäftigt sein.“

Über Solar Orbiter
Solar Orbiter ist eine Weltraummission in internationaler Zusammenarbeit zwischen ESA und NASA.

Frühere Perihelien fanden am 15. Juni 2020 (0,52 AE), 10. Februar 2021 (0,49 AE) und 12. September 2021 (0,59 AE) statt. Das Perihel vom 26. März 2022 bei 0,32 AE gilt als das erste einer Reihe von nahen Perihelien. Der nächste, am 13. Oktober 2022, wird bei 0,29 AE liegen. Es gibt 2–3 Perihelien pro Jahr.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

22. März 2022 – Auf ihrer bereits zwei Jahre währenden Reise durchs All steuert die ESA-Raumsonde Solar Orbiter, zu der auch die NASA beiträgt, den bisher besten Aussichtspunkt ihrer Flugroute an. Am kommenden Samstag, 26. März 2022, werden die Sonde nur etwa 48 Millionen Kilometer von der Sonne trennen. Das ist weniger als ein Drittel des Abstandes zwischen Erde und Sonne. In den Tagen um den so genannten Perihel-Durchgang dürfte der Sonnenspäher seine bisher wertvollsten Daten aufzeichnen; die Aufnahmen der heißen Sonnenkorona werden sogar die höchstaufgelösten aller Zeiten sein. Dabei kann Solar Orbiter einen seiner entscheidenden Vorzüge ausspielen: den gleichzeitigen Blick in verschiedene Schichten der Sonne. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erhoffen sich dadurch etwa neue Erkenntnisse darüber, wie kleinste Strahlungsausbrüche in der Korona aus den Magnetfeldern der sichtbaren Sonnenoberfläche entstehen. Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen hat zu vier der insgesamt zehn wissenschaftlichen Instrumente der Mission beigetragen.

Zwischen Erde und Sonne liegen gewaltige 150 Millionen Kilometer. Nur wenige Raumsonden haben sich bisher auf weniger als ein Drittel dieses Abstandes an unser Zentralgestirn herangewagt. Ab Ende März darf sich auch Solar Orbiter zu dieser exklusiven Gruppe zählen: Am Samstag, 26. März 2022, fliegt der Sonnenspäher in einer Entfernung von etwa 48 Millionen Kilometern an der Sonne vorbei. Das sind nur wenige Millionen Kilometer mehr als der Abstand, den die Zwillingssonden Helios A und B in den 70er Jahren erreichten. Näher an die Sonne herangeflogen ist bisher nur die Parker Solar Probe der NASA, die im vergangenen Jahr einen Abstand von nur 8,5 Millionen Kilometern erreichte.

„Anders als seine Vorgänger ist Solar Orbiter mit einer ungewöhnlich umfassenden Instrumentierung ausgerüstet“, erklärt MPS-Direktor Prof. Dr. Sami K. Solanki. Die zehn Messinstrumente vermessen nicht nur die elektromagnetischen Felder und Sonnenteilchen, welche die Raumsonde umströmen, sondern können erstmals aus großer Nähe auf die Sonne selbst blicken. So zeichnet etwa das Instrument PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager), das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, die Magnetfelder und Strömungsgeschwindigkeiten an der Sonnenoberfläche auf; die Instrumente EUI (Extreme-Ultraviolet Imager), SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) und der Koronograph Metis, zu denen das MPS beigetragen hat, liefern Informationen aus der heißen Sonnenkorona.

Strahlungsausbrüche und Sonnenwind
Dort konnten die Teleskope von EUI bereits in den vergangenen Monaten kleinste Strahlungsausbrüche, so genannte „Lagerfeuer“ (engl.: campfires), sichtbar machen. Das Phänomen tritt häufiger auf als bisher gedacht und könnte helfen zu erklären, wie die mit etwa eine Million Grad rätselhaft hohen Temperaturen der Sonnenkorona entstehen. Die sichtbare Sonnenoberfläche ist mit etwa 6000 Grad deutlich „kühler“. Die Daten, die PHI und EUI während ihrer Inbetriebnahme im All 2020 und 2021 aufgenommen haben, zeigen, dass oftmals eng benachbarte Regionen unterschiedlicher magnetischer Polarität auf der Sonnenoberfläche Ursprungsort des Phänomens sind. Vieles spricht dafür, dass strukturelle Änderungen in diesen räumlich begrenzten Magnetfeldern maßgeblich sind für die Energiezufuhr zu den „Lagerfeuern“. „Nach unseren Auswertungen müssen aber auch andere, noch unbekannte Prozesse eine Rolle spielen“, so MPS-Wissenschaftlerin Dr. Fatima Kahil, die diese Daten ausgewertet hat. „Wir hoffen sehr, dass die besser aufgelösten Daten vom bevorstehenden Perihel-Durchgang uns helfen werden, diese Zusammenhänge besser zu verstehen“, fügt sie hinzu.

Während der Tage um den 26. März 2022 wird Solar Orbiter auch auf die Polregionen der Sonne schauen. Bisher hat die Sonde die Bahnebene, in der die Erde und die anderen Planeten um die Sonne kreisen, um vier Grad verlassen; bis zum Ende der Mission sollen es mehr als 30 Grad werden. Auf diese Weise wird es möglich, erstmals auf die Pole der Sonne zu schauen.

„Obwohl die Sicht von Solar Orbiter auf die Pole noch nicht optimal ist, ist der Zeitpunkt für solche Beobachtungen momentan besonders günstig“, erklärt Prof. Dr. Hardi Peter vom MPS, Mitglied des SPICE-, EUI- und Metis-Teams. In ihrem etwa elfjährigen Zyklus hat die Aktivität der Sonne ihr Maximum derzeit noch nicht erreicht. In dieser vergleichsweise ruhigen Phase tritt aus Regionen in der Nähe der Pole vermehrt der schnelle Sonnenwind aus. Mit Überschallgeschwindigkeiten von etwa 750 Kilometern pro Sekunde jagen diese Sonnenteilchen durchs All. Gemeinsame Messungen von Solar Orbiters in situ-Instrumenten, die diese Teilchen am Ort der Raumsonde vermessen, und den Instrumenten, die auf die Sonne blicken, könnten Aufschluss über den Beschleunigungsmechanismus geben. Beim nächsten Perihel-Durchgang in etwa sechs Monaten dürfte der schnelle Sonnenwind bereits weiter abgenommen haben. Dann allerdings kommt es häufiger zu spontanen Ausbrüchen der Sonnenteilchen.

Und noch ein Stück näher
Solar Orbiters aktuelle, stark elliptische Umlaufbahn wird sich in den kommenden drei Jahren nur wenig ändern: Etwa alle sechs Monate wird die Raumsonde ihren sonnennächsten Punkt erreichen. Mit dem nächsten Perihel-Durchgang, der im Oktober dieses Jahres ansteht, rückt Solar Orbiter der Sonne allerdings noch ein kleines Stück näher auf 42 Millionen Kilometer. Dann wird Solar Orbiter auch die Sonden Helios A und B übertroffen haben.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

26. November 2021 – Nach ihren ersten Umläufen um die Sonne kehrt die ESA-Raumsonde Solar Orbiter am kommenden Samstag, 27. November, ganz in die Nähe der Erde zurück. Der Vorbeiflug in einem Abstand von nur 460 Kilometern ändert Flugbahn und -geschwindigkeit der Sonde so, dass sie sich auf ihrer nächsten Umlaufbahn der Sonne bis auf den bisher kürzesten Abstand von 50 Millionen Kilometern nähern kann. Das Manöver markiert zudem einen wichtigen Meilenstein der Mission: Die Inbetriebnahme der wissenschaftlichen Instrumente ist abgeschlossen; nun beginnt der regelmäßige Messalltag. Für die Instrumente PHI, EUI, Metis und SPICE, zu denen das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen beigetragen hat, stehen für die Zukunft auch zeitgleiche Messungen mit erdnahen Forschungssatelliten und bodengebundenen Observatorien auf dem Programm. Diese Art des wissenschaftlichen Teamworks läßt sich derzeit besonders gut vorbereiten und optimieren.

Auf ihrem Weg ins äußere oder innere Sonnensystem nutzen Raumsonden häufig Vorbeiflug-Manöver, um Schwung zu holen oder abzubremsen. Dass sie sich dabei so nahe an den jeweiligen Planeten heranwagen wie jetzt Solar Orbiter, ist eine Seltenheit. Am Samstag, 27. November, um 5.30 Uhr (MEZ) wird der Sonnenspäher in einem Abstand von gerade einmal 460 Kilometern über Nordafrika und den Kanaren vorbeisausen. Das ist nur wenig mehr als die Entfernung zwischen der Erde und der internationalen Raumstation. Auf ihrer Route muss die Sonde dabei zwei Gebiete mit Weltraumschrott durchqueren, die unseren Planeten wie Kugelschalen umgeben: eins in einem Abstand von etwa 36.000 Kilometern über der Erdoberfläche und ein anderes in einem Abstand von weniger als 2.000 Kilometern. Das Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt wird den Vorbeiflug überwachen und kann gegebenenfalls den Kurs korrigieren.

Auch aus wissenschaftlicher Sicht ist der Vorbeiflug ein besonderes Ereignis. Den in situ-Instrumenten von Solar Orbiter bietet er die Gelegenheit zu untersuchen, wie das Magnetfeld der Erde und die darin gefangenen Teilchen mit dem Sonnenwind wechselwirken. Zusammen mit den Messungen der erdnahen Forschungssatelliten der Cluster- und Swarm-Missionen, die dieses Zusammenspiel routinemäßig überwachen, ergibt sich so ein genaueres und vollständigeres Bild der irdischen Umgebung. „Cluster wird während des Vorbeiflugs in einen Modus umgeschaltet, der es erlaubt, die Messdaten in höchster Qualität zur Erde zu übertragen“, berichtet MPS-Wissenschaftler Dr. Patrick Daly, wissenschaftlicher Leiter des Cluster-Instruments RAPID (Research with Adaptive Particle Imaging Detectors). „Dies ist eine ausgezeichnete Basis für gemeinsame Studien“, fügt er hinzu.

Zusammenarbeit mit Vorlauf
Die Solar Orbiter-Instrumente PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager), EUI (Extreme-Ultraviolett Imager), SPICE (Spectral Imaging oft he Coronal Environment) und der Koronagraph Metis, zu denen das MPS beigetragen hat, führen in genau vorausgeplanten Zeitfenstern wissenschaftliche Beobachtungen durch. Derzeit, während der erdnahen Flugphase, sind sie im Stand-By-Betrieb. Zeitgleiche und abgestimmte Messungen mit bodengebundenen und erdnahen Sonnenobservatorien wie etwa dem Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA und der japanischen Sonde Hinode fanden bereits Anfang des Monats statt. Zu diesem Zeitpunkt war Solar Orbiter schon so nah an der Erde, dass sich all diesen Sonnenspähern ein ähnlicher Blick auf unseren Stern bot. Für spätere gemeinsame Beobachtungskampagnen ist das eine wichtige Voraussetzung.

„Eine der großen Stärken von Solar Orbiter ist, dass die Sonde die Sonne umrundet und so auch immer wieder ihre Rückseite zu sehen bekommt“, erklärt Prof. Dr. Sami K. Solanki, Direktor am MPS und Leiter des PHI-Teams. „Wenn erdnahe Satelliten wie SDO und Hinode dann zeitgleich auf die Sonne schauen, können wir die Sonne erstmals zu ein und demselben Zeitpunkt in ihrer Gesamtheit sehen“, ergänzt er.

Damit diese Art von wissenschaftlichem Teamwork optimal funktioniert, müssen die Messdaten der verschiedenen Sonden miteinander vergleichbar sein. „Es muss sichergestellt sein, dass die Instrumente für dasselbe Phänomen auf der Sonne denselben Messwert liefern“, erklärt Dr. Johann Hirzberger vom MPS, Operations Scientist von PHI. Eine solche Kreuz-Kalibration ist nur in einer Phase wie derzeit möglich, in der die beteiligten Instrumente vom selben Standpunkt auf die Sonne schauen können. Eine weitere Gelegenheit zu gemeinsamen Kalibrationsmessungen ergibt sich im März nächsten Jahres. Dann wird Solar Orbiter bereits den halben Weg zwischen Erde und Sonne zurückgelegt haben und Messdaten mit deutlich höherer Auflösung liefern.

Arbeitsalltag im All
Nach dem Erd-Vorbeiflug beginnt für Solar Orbiter der Arbeitsalltag: Die Inbetriebnahme ist abgeschlossen; die Fernerkundungsinstrumente beginnen ihren wissenschaftlichen Normalbetrieb. „Die vergangenen Monate seit dem Start haben wir genutzt um kennenzulernen, wie sich die Instrumente unter Weltraumbedingungen verhalten. Wir haben gesehen, was die Instrumente leisten können“, so Solanki. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler freuen sich nun auf die kommenden Messungen.

Bereits die Daten, die während der Inbetriebnahme anfielen, haben es in sich. So konnte das PHI-Team bereits im Februar dieses Jahres koordinierte Messungen mit anderen Sonnenspähern durchführen, die einen ersten Rundum-Blick auf die Sonne erlauben. Das Instrument EUI entdeckte Anfang dieses Jahres kleine, hell aufleuchtende Regionen in der Sonnenkorona, der heißen Atmosphäre der Sonne. Die Mini-Strahlungsausbrüche, so genannte Campfires, treten deutlich häufiger auf als erwartet und können helfen, die Vorgänge in der Sonnenkorona besser zu verstehen. Durch gemeinsame Messungen der verschiedenen Teleskope von Solar Orbiter gelingt es, die Massenauswürfe von der Sonnenoberfläche bis in den Weltraum zu verfolgen.

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Quelle: ESA.

25. November 2021 – Am 27. November 2021 wird Solar Orbiter nach einem Jahr und acht Monaten Reise durch das innere Sonnensystem an ihrem Heimatplaneten vorbeifliegen, auch um überschüssige Energie abzubauen. Damit ist die Sonde für die nächsten sechs Vorbeiflüge an der Venus gerüstet. Diese letzten schwerkraftunterstützten Manöver werden die Umlaufbahn der Solar Orbiter verfeinern und ausrichten, damit die hitzegeschützte Sonde zum ersten Mal direkte Bilder von den Polen unserer Sonne aufnehmen kann, und vieles mehr.

Während des bevorstehenden Vorbeiflugs wird Solar Orbiter bei ihrer nächsten Annäherung schätzungsweise nur 460 km von der Erdoberfläche entfernt sein – etwa 30 km über der Bahn der Internationalen Raumstation. Sie wird zweimal durch den geostationären Ring in 36 000 Kilometern Entfernung von der Erdoberfläche und schließlich durch die erdnahe Umlaufbahn in weniger als 2000 Kilometern Höhe fliegen – zwei Zonen, die mit Weltraumschrott übersät sind.

Doch wie riskant ist das? Das hängt von vielen Faktoren ab.
Vorweg sei gesagt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Solar Orbiter von Trümmern getroffen wird, extrem gering ist. Die Erdbeobachtungsmissionen der ESA geschehen stets in der erdnahen Umlaufbahn – der am stärksten mit Schrott übersäten Region des Weltraums. Während einige Male im Jahr sogenannte „Kollisionsvermeidungsmanöver” durchgeführt werden, wird die Raumsonde Solar Orbiter nur wenige Minuten in dieser Umlaufbahn bis zum nächstmöglichen Punkt verbleiben, ehe sie sich wieder in Richtung Venus auf den Weg macht.

So gering das Risiko auch sein mag, Kollisionen mit Trümmern in der Nähe der Erde kommen tatsächlich manchmal vor. Im Jahr 2016 wurde ein Solarpanel der ESA-Raumsonde Sentinel-1A von einem knapp fünf Millimeter großen Teilchen getroffen. Trotz seiner geringen Größe beschädigte es aufgrund seiner hohen Relativgeschwindigkeit einen Bereich von 40 cm Durchmesser, was zu einer geringfügigen Verringerung der Leistung an Bord und zu leichten Änderungen der Ausrichtung und der Umlaufbahn des Satelliten führte. Derzeit befinden sich Hunderte von Millionen Trümmerteilchen dieser Größe in der Umlaufbahn.

Hubble, das Weltraumteleskop der NASA/ESA, befindet sich seit 31 Jahren in der Erdumlaufbahn in rund 547 Kilometern Höhe. In dieser Zeit konnte hierüber beobachtet werden, wie sich der Himmel mit Satelliten und Trümmern füllte. Auch bekam es die Auswirkungen der Vermüllung direkt und unmittelbar zu spüren, da seine eigenen Sonnenkollektoren von kleinen Trümmerteilchen bombardiert und beschädigt wurden.

Auch wenn die Gefahr für Solar Orbiter bei ihrem bevorstehenden Vorbeiflug an der Erde gering ist, so ist sie doch nicht gleich Null. Dieses Risiko bestand weder beim Vorbeiflug an der Venus noch musste das ESA Space Debris Office, das Büro für Weltraumschrott, eine Kollisionsrisikoanalyse durchführen, als die gekoppelten BepiColombo-Raumsonden kürzlich am Merkur oder die Cassini-Huygens-Raumsonden am Jupiter vorbeiflogen.

Selbst bei früheren Erdvorbeiflügen, z. B. als die Cassini/Huygens-Sonden 1999 an der Erde vorbeiflogen, als die Rosetta im Jahr 2004 dreimal und die Juno-Sonde 2013 einmal zurückkehrte, gab es weniger Satelliten, weniger Trümmer und keinerlei „Megakonstellationen” in der Umlaufbahn. Ein Vorbeiflug an der Erde ist heute zwar immer noch recht sicher, aber riskanter als früher.

Die interplanetarische Kollisionsvermeidung
Etwa sieben bis zehn Tage vor dem Vorbeiflug wird das ESA-Büro für Weltraumschrott damit beginnen, Risikobewertungen auf Grundlage der Flugbahn der Solar Orbiter und der erwarteten Position katalogisierter Objekte in der Erdumlaufbahn durchzuführen. So lässt sich die Kollisionswahrscheinlichkeit für einige spezifische Annäherungen an die Erde ermitteln.

In diesen Fällen ist die Ungewissheit anfangs groß, verringert sich aber je nachdem, wie sich die Bahnen der Objekte verändern. Je näher der Zeitpunkt der Annäherung rückt, desto besser werden unsere Beobachtungsdaten und desto geringer werden auch die Unsicherheiten in Bezug auf die Position der betroffenen Objekte. Wie fast immer gilt: Je mehr wir über die Position zweier Objekte wissen, desto sicherer sind wir, dass sie sicher aneinander vorbeifliegen werden.

Allerdings steigt die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes mit der Zeit und je größer diese Annäherung ist. Bei jeder der Sentinel-Missionen in der Erdumlaufbahn wird etwa alle fünf bis sechs Monate ein Kollisionsvermeidungsmanöver durchgeführt, wenn der Abstand zu einem anderen Objekt als zu riskant erachtet wird.

In dem unwahrscheinlichen Fall, dass die Solar Orbiter ein Manöver durchführen muss, um einem möglichen Einschlag aus dem Weg zu gehen, würde die Entscheidung bereits am Donnerstag, den 25. November, getroffen, also zwei Tage vor der Annäherung. Sie würde am Freitag, dem 26. November, etwa sechs Stunden vor dem Einflug vorgenommen werden.

Noch Fragen?
Sobald Solar Orbiter die erdnahe Umlaufbahn verlässt und die geostationäre Umlaufbahn passiert, wird sie sich nicht mehr im Risikobereich befinden. Dies sollte etwa eine Stunde nach ihrer geringsten Abstandsposition zur Erde sein.

Sobald die Raumsonde nach Ausnutzung der Erdgravitationskraft davonfliegt und mit weniger eigenem Schub unterwegs ist, als sie angekommen ist, können die Teams aufatmen und sich auf andere Dinge als den Weltraumschrott konzentrieren. Für die Missionen jedoch, die sich noch in der Umlaufbahn befinden, und für die, die noch gestartet werden müssen, wird die Situation im Weltraum immer besorgniserregender.

Nach jahrzehntelangen Starts, bei denen wenig darüber nachgedacht wurde, was mit den Satelliten am Ende ihrer Lebensdauer geschehen soll, ist unsere Weltraumumgebung heute mit Weltraumschrott übersät. Während Solar Orbiter an uns vorbeifliegt und gerade mal kurz die Erdumlaufbahn passiert, erinnert sie uns daran, dass das Problem des Weltraumschrotts nur um die Erde herum besteht, dass wir es selbst verursacht haben und dass es unsere Aufgabe ist, es zu lösen.

Hier erfahren Sie, wie die ESA die Entstehung weiteren Schrotts verhindert und bereits vorhandenen Schrott beseitigt.

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Quelle: RUAG Space Austria.

25. November 2021 – Die europäisch-amerikanische Sonnensonde Solar Orbiter fliegt am Samstag, 27. November, an der Erde vorbei. Der Satellit nutzt Thermalisolation von RUAG Space Austria, Österreichs größtem Weltraumunternehmen. „Der Satellit wird der Sonne sehr nahekommen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an den Hitzeschutz“, erklärt Andreas Buhl, Geschäftsführer von RUAG Space Austria. Ein spezieller Schutzschild auf der Sonnenseite schützt den Satelliten durch Abschattung vor dem größten Teil dieser enormen Hitzebelastung. Hinter diesem Schild übernimmt der Hitzeschutz von RUAG Space Austria die Kühlung der Sonde: „Der gesamte Satellit ist mit einer Thermalisolation aus Österreich umhüllt“, sagt Buhl.

RUAG Space Austria ist Österreichs größter Weltraumzulieferer
RUAG Space Austria mit Sitz in Wien-Meidling ist mit rund 230 Mitarbeitenden das größte österreichische Weltraumtechnikunternehmen. Das Hochtechnologieunternehmen rüstet weltweit Satelliten mit Elektronik, Mechanik und Thermalisolation aus und hat eine Exportquote von rund 100 Prozent.

RUAG Space: Europas führender Zulieferer für Raumfahrt
RUAG Space ist der führende Zulieferer für die Raumfahrt in Europa. Rund 1.300 Mitarbeitende in sechs Ländern entwickeln und produzieren Produkte für Satelliten und Trägerraketen – dadurch spielt RUAG Space eine zentrale Rolle sowohl im institutionellen ebenso wie im kommerziellen Raumfahrtmarkt. RUAG Space ist Teil des internationalen Technologieunternehmens RUAG International mit Sitz in der Schweiz.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

2. August 2021 – Die Venus ist in den nächsten Tagen ein gefragtes Etappenziel: Auf ihrem Weg ins innere Sonnensystem statten gleich zwei Weltraummissionen unserem Nachbarplaneten einen kurzen Besuch ab. Am Montag, 9. August, nutzt die ESA-Sonde Solar Orbiter den Vorbeiflug, um auf eine neue Umlaufbahn um die Sonne einzuschwenken; nur einen Tag später fliegt BepiColombo ein ähnliches Manöver, bevor sich die Doppelsonde der europäischen und der japanischen Weltraumagenturen ESA und JAXA auf den letzten Teil ihrer Reise zum Merkur macht. Aus wissenschaftlicher Sicht passieren beide Missionen die Venus sozusagen im Halbschlaf: Während einige Instrumente zu ihrem eigenen Schutz ausgeschaltet sind, sammeln solche, die Teilchen und Magnetfelder in der Umgebung der Venus messen können, wertvolle Daten. Dazu gehören auch Instrumente, an denen das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen beteiligt ist.

Die ESA-Raumsonde Solar Orbiter erreicht die Venus als Erste. Knapp 8000 Kilometer werden den Sonnenspäher, der sich seit Februar 2020 unserem Zentralgestirn auf immer engeren Umlaufbahnen nähert, am Montag, 9. August, gegen 6.42 Uhr (MESZ) von dem Planeten trennen. Einen deutlich kleineren Abstand zur Venus gibt die Flugroute der europäisch-japanischen Doppelsonde BepiColombo vor: Am Dienstag, 10. August, gegen 15.58 Uhr (MESZ) wird er nur etwa 550 Kilometer betragen.

Für beide Missionen ist dies bereits die zweite Begegnung mit der Venus. Da einige ihrer Messinstrumente leistungsstärker sind als die früherer Venus-Besucher, bietet auch dieser Vorbeiflug die willkommene Möglichkeit, ganz genau hinzuschauen. Dass beide Sonden unseren Nachbarplaneten in enger zeitlicher Abfolge passieren, ist doppelt gut: So sind gleichzeitige Messungen an zwei verschiedenen Orten in der Umgebung der Venus möglich. Dies kann beispielsweise helfen zu verstehen, wie sich Teilchen und Magnetfelder dort ausbreiten.

Eintauchen in die Ionosphäre

Anders als die Erde und den Merkur umgibt die Venus kein starkes, stabiles Magnetfeld. Allerdings induziert der Sonnenwind, der fluktuierende Strom geladener Teilchen von der Sonne, elektrische Ströme in der Venus-Ionosphäre und erzeugt so ein schwaches, ebenso fluktuierendes Magnetfeld. Zudem verformt der Strom aus Sonnenteilchen die Hülle der Venus so, dass sie an der sonnenabgewandten Seite wie ein Schweif bisweilen viele Millionen Kilometer weit ins All ragt.

Diesen komplexen Vorgängen wollen Solar Orbiter und BepiColombo beim Vorbeiflug nachspüren. Dabei taucht die Merkur-Sonde sogar in die untere Ionosphäre ein; die Instrumente SERENA (Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundance), SIXS (Solar Intensity X-ray and particle Spectrometer), MPO-MAG (Mercury Planetary Orbiter Magnetometer) und MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment) werden Messungen durchführen.

Die Teilchen und Magnetfelder in der Umgebung der inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars geben Hinweise darauf, warum sie sich seit ihrer Entstehung so unterschiedlich entwickelt haben. Während unsere Heimat eine wasserreiche Gashülle umgibt, wurde der Mars zu einem trockenen Wüstenplaneten, der nur Reste einer Atmosphäre aufweist. Und die Venus versteckt sich unter einer dichten, giftigen Atmosphäre, die für einen dramatischen Treibhauseffekt sorgt. Forscherinnen und Forscher interessiert deshalb, durch welche Prozesse Teilchen aus der unteren Atmosphäre der jeweiligen Planeten in ihre Ionosphäre und von dort ins Weltall entweichen.

In den Messdaten von MPPE beispielsweise hoffen Forscherinnen und Forscher, Hinweise auf ungebundene Kohlenstoff-Ionen, so genannten atomaren Kohlenstoff, zu finden. Seine Existenz in der Ionosphäre würde darauf hindeuten, dass in der daruntergelegenen Atmosphäre nicht nur ultraviolettes Licht einzelne Moleküle spaltet und somit Voraussetzungen für ihr Entweichen ins All schafft, sondern dass möglicherweise auch heftige Zusammenstöße mit Elektronen am Werk sind. Bereits 1996 konnte das Weltraumobservatorium SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) atomaren Kohlenstoff aus einer Entfernung von etwa 40 Millionen Kilometern im damals ungewöhnlich langen Ionenschweif der Venus nachweisen; seitdem ist dies keiner weiteren Sonde gelungen.

Und nicht zuletzt ist der bevorstehende Vorbeiflug für BepiColombo eine wichtige Generalprobe. Bevor die Sonde Ende 2025 in eine Umlaufbahn um den Merkur einschwenkt, stehen auf dem Reiseplan noch mehrere Merkur-Vorbeiflüge. Die geplanten Messungen an der Venus bieten somit die Gelegenheit sicherzustellen, dass bis dahin alle Messinstrumente in Topform sind.

Zu den Missionen

Die Doppelraumsonde BepiColombo der europäischen und japanischen Weltraumagenturen ESA und JAXA startete am 20. Oktober 2018 ins All. Sie besteht aus den beiden Sonden Mercury Planetary Orbiter und Mercury Magnetospheric Orbiter, die während der Anreise zum Merkur aufeinandergestapelt fliegen. Das MPS hat zu den Instrumenten BELA (BepiColombo Laser Altimeter), MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer), MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment) und SERENA (Search for Exospheric Refilling and Emitted Natural Abundances Experiment) Hardware beigetragen und ist wissenschaftlich beteiligt an dem Magnetometer MPO-MAG und dem Instrument MDM (Mercury Dust Monitor).

Die ESA-Sonde Solar Orbiter ist seit 10. Februar 2020 im Weltraum unterwegs. Sie wird sich in den nächsten Jahren der Sonne auf Ellipsen immer weiter nähern, bis sie nur noch 42 Millionen Kilometer trennen. Das MPS hat zu den Instrumenten PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager), EUI (Extreme-Ultraviolet Imager) und SPICE (Spectral Imaging oft he Coronal Environment) sowie zum Koronagraphen Metis beigetragen. Als Fernerkundungsinstrumente werden sie während des Venus-Vorbeiflugs ausgeschaltet sein.

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Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Solar Orbiter ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der NASA, die bahnbrechende neue Erkenntnisse über die Sonne liefern wird. Unter anderem sollen aus so geringer Entfernung wie nie zuvor Bilder der Sonne aufgenommen werden, außerdem sollen zum ersten Mal überhaupt Aufnahmen der Sonnenpole entstehen. Mit an Bord sind drei an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) entwickelte und gebaute Geräte, welche die Strahlung im Weltraum messen sollen. Ein viertes Gerät wurde unter Kieler Leitung an der Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) entwickelt. Aktuell liefert die Mission allerdings auch neue Erkenntnisse über unseren Nachbarplaneten Venus.

Im Unterschied zur Erde besitzt die Venus kein eigenes Magnetfeld, welches sie vor der überschallschnellen Strömung des Sonnenwindes schützt. Diese Strömung erzeugt aber ein schwaches, induziertes Magnetfeld um die Venus herum. Eine Analyse der Daten, die Solar Orbiter bei einem ersten Flyby-Manöver an der Venus im letzten Dezember gesammelt hat, zeigt, dass dieses einzigartige Magnetfeld immer noch stark genug ist, um Partikel auf mehrere Millionen Kilometer pro Stunde zu beschleunigen. Die Analyse wurde am 3. Mai in dem Fachjournal Astronomy & Astrophysics online veröffentlicht. Nach Auffassung des internationalen Forschungsteams sind die Ergebnisse eine wertvolle Hilfe bei der Untersuchung von Planeten in anderen Sonnensystemen und unterstreichen, wie wichtig das Studium von unterschiedlichen planetaren Magnetfeldern im Universum ist.

Die Erde erzeugt ihr eigenes intrinsisches Magnetfeld mithilfe eines geschmolzenen flüssigen Materials in ihrem Kern. Bei der Venus verhält es sich anders: Sie erhält ihr Magnetfeld aus der Wechselwirkung des Sonnenwinds mit der Ionosphäre des Planeten, also des Teils der Atmosphäre, der elektrisch geladene Atome (Ionen) enthält. Diese Ionen erzeugen elektrische Ströme. Wenn der Sonnenwind über die Venus streicht, tritt er in Wechselwirkung mit diesen Strömen und erzeugt so eine vollständige Magnetosphäre um den Planeten.

„Es ist eine sehr ungewöhnliche induzierte Magnetosphäre“, sagt Robert Allen, Astrophysiker am US-amerikanischen Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, der federführende Autor der Studie. Die Wissenschaftler kannten diese ungewöhnliche Magnetosphäre zwar schon aus den Venus-Missionen aus den 1960er bis 1980er Jahren, aber es gibt noch viele offene Fragen. Der Sonnenwind zieht zum Beispiel die Magnetosphäre hinter dem Planeten in die Länge; man nennt das einen Magnetschweif. Aber wie weit kann sich eine induzierte Magnetosphäre ausdehnen, bevor sie zerfällt?

„Dieses System ist ziemlich instabil“, erklärt Allen, „es weht im Sonnenwind wie eine sehr langgestreckte Flagge.“ Magnetische Felder beschleunigen geladene Partikel wie Elektronen und Protonen. Aber kann eine induzierte Magnetosphäre Partikel in der gleichen Weise und auf die gleichen Geschwindigkeiten beschleunigen wie eine intrinsische Magnetosphäre? Diese Frage soll Solar Orbiter beantworten helfen.

„Solar Orbiter wird im Laufe der Mission die ekliptische Ebene der Planeten verlassen, um auf die Polregionen der Sonne blicken zu können“, sagt Yannis Zouganelis, stellvertretender Projektleiter an der ESA. „Aber dazu brauchen wir die Hilfe von ausgeklügelten Flybys bei der Venus.“

Während andere Raumsonden wie Bepi Colombo (ESA-Jaxa), Parker Solar Probe und MESSENGER (beide NASA) knapp an der Venus vorbeifliegen, um entweder zu beschleunigen oder abzubremsen, hat Solar Orbiter den Planeten von hinten über den Nordpol angeflogen. So wurde die Sonde aus der Ekliptikebene herausgeschleudert und die Pole der Sonne kamen in Sichtweite.

„Für uns ist diese Flugbahn ein Glück. Sonst möchte man sie eigentlich nicht haben“, sagt Allen. „Die Art, wie wir diesen Vorbeiflug genutzt haben, hat uns in diese bisher praktisch unerforschte Region geführt.“

Mit Solar Orbiter konnten die Forschenden Erkenntnisse darüber gewinnen, dass sich das Magnetfeld der Venus mindestens bis 300.000 km hinter den Planeten erstreckt. Das ist in etwa die Entfernung zwischen Erde und Mond. Im Vergleich zum Magnetschweif der Erde, der über weit mehr als die zehnfache Distanz reicht, ist das relativ kurz. Außerdem fanden die Wissenschaftler heraus, dass das Magnetfeld trotz seiner geringen Größe Partikel auch so weit vom Planeten entfernt noch auf über acht Millionen km/h beschleunigt.

Das Team hat mehrere Mechanismen entdeckt, die die Partikel beschleunigen. Alle diese Mechanismen gibt es auch in Magnetosphären wie der der Erde: Beispielsweise übertragen Turbulenzen im Magnetfeld genug Energie, um die Partikel mit beinahe 11 Millionen km/h herausfliegen zu lassen. „Die Tatsache, dass es in diesem relativ kleinen System der Venus doch so viele Mechanismen gibt, die Partikel auf so hohe Geschwindigkeiten beschleunigen können, ist für mich sehr überraschend und wirklich interessant“, sagt Professor Robert Wimmer-Schweingruber von der Kieler Universität und Projektleiter für Solar Orbiter an der CAU, „insbesondere, dass diese auch räumlich und zeitlich voneinander abgegrenzt sind.“

„Darüber hinaus ist diese Untersuchung interessant, weil sie uns einen neuen Messpunkt in der doch sehr beschränkten Zahl von Magnetosphären in unserem Sonnensystem gibt, der zeigt, dass diese auch bei induzierten Magnetfeldern entstehen“, erklärt Wimmer-Schweingruber. „Dies erlaubt uns, die gesamte Bandbreite von Magnetosphären im Universum zu verstehen, auch solche bei Exoplaneten. Diese Planeten, die um ferne Sterne kreisen, werden in den kommenden Jahren mit dem James Webb Space Telescope erstmals untersucht werden können. Da sind Referenzmessungen in unserem Sonnensystem sehr wichtig.“

Solar Orbiter wird die Venus im August erneut passieren, gerade einmal einen Tag, bevor BepiColombo einen Bogen um den Planeten fliegt. Das ist die Merkur-Sonde, deren Mission von der ESA und der japanischen Aerospace Exploration Agency geleitet wird. Beide Sonden werden auf ihrem Weg Daten zur Venus sammeln, so dass die Wissenschaftler einen seltenen Blick aus zwei Perspektiven erhalten, wie sich diese Phänomene im Lauf der Zeit ändern und wie sie sich vor und hinter dem Planeten unterscheiden. „Wir sind gespannt, was uns diese einzigartige Konstellation von zwei Raumsonden über die Magnetosphäre der Venus zeigen wird,“ blickt Wimmer-Schweingruber in die Zukunft.

Die für diese Untersuchungen verwendeten Instrumente wurden an der CAU Kiel entwickelt und gebaut. „Es ist großartig zu sehen, dass die Daten unserer Instrumente von Wissenschaftlern an renommierten Forschungsinstituten verwendet werden“, meint Wimmer-Schweingruber, „dafür haben wir sie ja gebaut!“

Originalpublikation:
Energetic ions in the Venusian system: Insights from the first Solar Orbiter flyby R. C. Allen, I. Cernuda, D. Pacheco, L. Berger, Z. G. Xu, J. L. Freiherr von Forstner, J. Rodríguez-Pacheco, R. F. Wimmer-Schweingruber, G. C. Ho, G. M. Mason, S. K. Vines, Y. Khotyaintsev, T. Horbury, M. Maksimovic, L. Z. Hadid, et al. A&A

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Quelle: ESA.

Solar Orbiter ist am 10. Februar 2020 in den Weltraum gestartet und befindet sich derzeit auf dem Flug zur Sonne bevor die wissenschaftliche Haupt-Mission der Raumsonde im November beginnt. Ihre vier In-situ-Instrumente waren allerdings die meiste Zeit seit dem Start angeschaltet und haben bereits wissenschaftliche Daten zum Weltraumwetter in der Umgebung der Raumsonde gesammelt. Die sechs Fernerkundungsinstrumente waren dagegen hauptsächlich zur Kalibrierung sowie in speziellen Testfenstern und für bestimmte wissenschaftliche Kampagnen in Betrieb.

Ein naher Perihelvorbeiflug an der Sonne am 10. Februar 2021, der die Raumsonde bis auf halbe Entfernung zwischen Erde und Sonne brachte, war eine solche Gelegenheit für die Teams, spezifische Observationen durchzuführen sowie die Einstellungen der Instrumente zu überprüfen, um sich bestmöglich auf die anstehende wissenschaftliche Phase vorzubereiten. Im vollen wissenschaftlichen Modus werden die Fernerkundungs- und In-situ-Instrumente routinemäßig gemeinsame Beobachtungen durchführen.

Video auf Youtube: EUI detektiert erstmals CME:

Gleichzeitig mit dem nahen Sonnenvorbeiflug befand sich die Raumsonde von der Erde aus gesehen „hinter“ der Sonne, was zu sehr niedrigen Datenübertragungsraten führte. Deshalb hat es einige Zeit gedauert, bis die dabei gesammelten Daten vollständig heruntergeladen und analysiert werden konnten.

Zufällige Beobachtungen
Durch einen glücklichen Zufall zeichneten drei der Fernerkundungsinstrumente an Bord in den Tagen nach der größten Annäherung zwei koronale Massenauswürfe (Englisch: coronal mass ejections, kurz CMEs) auf. Der Extrem-Ultraviolett Imager (EUI), der Heliospheric Imager (SoloHI) und der Koronograf Metis fingen dabei unterschiedliche Aspekte zweier CMEs, die im Laufe des Tages auftraten, ein.

Auch die ESA-Mission Proba-2 und das ESA-/NASA-Weltraumobservatorium Heliospheric Observatory (SOHO) nahmen die CMEs auf, und zwar von der „Vorderseite“ der Sonne aus, während die STEREO-A Mission der NASA, die sich abseits der Sonne-Erde-Linie befindet, ebenfalls einen Blick erhaschen konnte. Dies machte eine umfassende Sicht auf die Ereignisse möglich.

Das SoloHI-Instrument von Solar Orbiter beobachtete zum ersten Mal einen koronalen Massenauswurf. Metis entdeckte bereits einen CME am 17. Januar 2021 und EUI einen im November letzten Jahres. Erheblich früher hatten die In-situ-Detektoren der Raumsonde den ersten CME aufgespürt, nämlich kurz nach dem Start, im April 2020. Darüber hinaus beobachteten viele der In-situ-Instrumente Partikelaktivität rund um die CMEs im Februar; diese Daten werden noch analysiert und zu einem späteren Zeitpunkt vorgestellt.

Die CME-Sichtung war vor allem für SoloHI ein besonders glücklicher Zufall, da er während „Bonus“-Telemetriezeit aufgenommen wurde. Upgrades an bodenbasierten Antennen, die nach der Planung der Mission durchgeführt worden waren, ermöglichten es dem Team, Daten zu Zeiten herunterzuladen, die sie zuvor nicht eingeplant hatten, allerdings mit niedrigeren Telemetrieraten. Sie beschlossen daher, nur Daten einer Kachel (das Instrument ist mit vier Detektorkacheln ausgestattet) in einem zweistündigen Rhythmus zu sammeln und fingen in dieser Zeit zufällig einen CME ein.

Video auf Youtube: PROBA-2 und SOHO:

Weltraumwetter
CMEs sind wichtige Bestandteile des „Weltraumwetters“. Die Partikel lösen auf Planeten, die eine Atmosphäre haben, Auroras aus, können allerdings auch zu Fehlfunktionen bei technischen Anwendungen führen oder ungeschützte Astronautinnen und Astronauten gefährden. Deshalb ist es sehr wichtig, koronale Massenauswürfe zu verstehen und auch nachverfolgen zu können, wie sie sich durch das Sonnensystem verbreiten.

Doch die Erforschung der CMEs ist nur ein Aspekt der Solar Orbiter-Mission. Die Sonde wird auch noch nie dagewesene Nahaufnahmen von der Sonne und aus hohen solaren Breitengraden machen und damit die ersten Bilder der unerforschten Polarregionen der Sonne liefern. Zusammen mit Messungen des Sonnenwinds und des Magnetfelds in der Nähe der Raumsonde wird die Mission neue Erkenntnisse darüber liefern, wie unser Stern im Kontext des 11-jährigen Sonnenzyklus funktioniert und wie wir Perioden mit stürmischem Weltraumwetter besser vorhersagen können.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Zu den spannendsten Entdeckungen der ESA-Raumsonde Solar Orbiter gehören kleine, hell aufleuchtende Regionen in der heißen Sonnenkorona, die anderen Raumsonden bisher entgangen waren. Die Mini-Strahlungsausbrüche finden sich in Messdaten des Extreme-Ultraviolet Imagers (EUI), die während der Inbetriebnahme des Instrumentes im All im vergangenen Jahr entstanden. Auf der Jahrestagung der European Geosciences Union (EGU) stellen das EUI-Team, zu dem Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen gehören, und eine weitere Forschergruppe unter MPS-Leitung jetzt erste Untersuchungen und Simulationen des Phänomens vor. Die kleinsten Strahlungsausbrüche treten deutlich häufiger auf als ihre bereits bekannten größeren Verwandten. Sie könnten eines der fehlenden Puzzleteile sein, die nötig sind, die unfassbar heißen Temperaturen in der Sonnenkorona zu erklären.

Streng genommen ist das Solar Orbiter-Instrument EUI noch gar nicht im Dienst. Regelmäßige wissenschaftliche Messungen sind erst ab Ende dieses Jahres vorgesehen, wenn die Raumsonde ihre anvisierte, stark ellipsenförmige Umlaufbahn um die Sonne erreicht haben wird. Doch schon die Daten, die während der technischen Inbetriebnahme des Instrumentes im vergangenen Jahr abfielen, wurden mit Spannung erwartet. Schließlich zeigen die 50 Bilder, die EUI auf etwa halbem Weg zwischen Erde und Sonne aufgenommen hat, die heiße, äußere Hülle der Sonne, die so genannte Korona, in bisher nahezu unerreichter Detailschärfe.

Darin zu erkennen sind zwischen 400 und 4000 Kilometer große Bereiche, die für kurze Zeit extrem kurzwelliges ultraviolettes Licht hoher Intensität abstrahlen. In den Aufnahmen erscheinen sie als winzige, helle Flecken. „Größere Strahlungsausbrüche dieser Art kennen wir bereits aus den Messdaten anderer Raumsonden“, ordnet MPS-Wissenschaftler Dr. Udo Schühle aus dem Führungsteam von EUI die Beobachtungen ein. „Die kleinsten haben wir nun zum ersten Mal gesehen.“ Die EUI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler bezeichnen die hell aufblitzenden Bereiche als „Lagerfeuer“.

Die Eigenschaften von 1500 solcher Lagerfeuer hat das Team unter Leitung von Dr. David Berghmans von der Königlichen Sternwarte von Belgien nun untersucht und bietet damit die bisher umfassendste Charakterisierung des Phänomens. Die entsprechende Studie erscheint demnächst in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics. Demnach dauern die Strahlungsausbrüche nicht mehr als wenige Minuten an. „Sie erreichen Temperaturen von mehr als eine Million Grad; viele haben eine längliche, gebogene Form“, beschreibt MPS-Wissenschaftler Dr. Luca Teriaca aus dem EUI-Team.

Zudem konnten die Forscherinnen und Forscher für einige der Lagerfeuer berechnen, dass sie in der unteren Sonnenkorona, also etwa 1000 bis 5000 Kilometer über der sichtbaren Oberfläche der Sonne, auftreten. Dafür wertete das EUI-Team weniger hoch aufgelösten Aufnahmen der NASA-Sonde Solar Dynamics Observatory (SDO) aus, die zeitgleich entstanden und die die Lagerfeuer aus einem zweiten Blickwinkel zeigen.

Rätselhafter Temperaturanstieg
Die Region zwischen der unteren und der oberen Sonnenatmosphäre fasziniert Sonnenphysikerinnen und Sonnenphysiker seit Langem. Dort steigt die Temperatur sprunghaft an: von einigen tausend Grad auf mehr als eine Million. Nach wie vor ist ungeklärt, welche Prozesse die dafür notwendige Energie liefern und in Wärme umwandeln. Verschiedene Wellenphänomene, Spikulen, magnetische Prozesse und Strahlungsausbrüche sind nur einige der Verdächtigen.

„Wie wir jetzt sehen, kommen die kleinsten, bisher unentdeckten Strahlungsausbrüche deutlich häufiger vor als die größeren“, erklärt EUI-Teammitglied Dr. Regina Aznar Cuadrado vom MPS. „Es könnte sein, dass ihr Einfluss auf die Koronaheizung bisher unterschätzt wurde“, fügt sie hinzu.

„Um zu bewerten, welche Rolle die Lagerfeuer wirklich spielen, müssen wir zunächst verstehen, welche physikalischen Prozesse ihnen zugrunde liegen“, sagt MPS-Wissenschaftler Prof. Dr. Hardi Peter, einer der Autoren einer zweiten Studie, die demnächst ebenfalls in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheint. Im Computermodell simulierte die Gruppe das Zusammenspiel aus heißem Plasma und Magnetfeldern im Bereich zwischen der Oberfläche der Sonne bis hin zur Korona und berechnete dann, wie sich ihre künstlich geschaffene Sonnenatmosphäre in Messungen von EUI darstellen würden. „Ganz gezielt haben wir die Perspektive von EUI eingenommen, um unsere Rechnungen mit den aktuellen Messdaten in Beziehung zu setzen“, so Erstautor Yajie Chen, der an der Universität Peking und am MPS forscht.

Wo sich magnetische Feldlinien kreuzen
Auch in der simulierten Sonnenatmosphäre blitzen die kleinen Lagerfeuer auf. Die hellsten von ihnen unterzogen die Forscher einer eingehenden Prüfung und schauten besonders genau auf ihre Umgebung: Welche Prozesse spielen sich dort ab? Wie verändern sich die magnetischen Eigenschaften der Sonnenatmosphäre dort?

In den meisten Fällen entstehen die Strahlungsausbrüche, wenn sich zwei Bündel beinahe gleich gerichteter magnetischer Feldlinien, die bogenförmig in die Sonnenatmosphäre ragen, kreuzen und wechselwirken. An ihrer Schnittstelle wird genug Energie frei, das Sonnenplasma dort auf mehr als eine Million Grad zu heizen. „Die Lagerfeuer, die EUI misst, sind sozusagen nur die sichtbare Spitze des Eisbergs“, beschreibt Peter. Auslöser sind Umstrukturierungen im Magnetfeld der Sonne, die sich unterhalb abspielen.

Durchaus denkbar ist, dass die Korona noch kleinere Strahlungsausbrüche kennt, die weder EUI noch die Computersimulationen derzeit abbilden können. Wie stark kleine und kleinste Lagerfeuer zur Heizung der Korona beitragen, hänge jedoch nicht allein von ihrer Häufigkeit ab, so Peter. Ebenso wichtig sei, wie viel Energie sie zur Gesamtenergiebilanz der Korona beitragen. Dieser Frage wollen die Forscher in ihren nächsten Simulationen nachgehen.

Originalveröffentlichung
D. Berghmans et al.:
Extreme-UV quiet Sun brightenings observed by the Solar Orbiter/EUI,
accepted for publication in Astronomy & Astrophysics

Y. Chen et al.:
Transient small-scale brightenings in the quiet solar corona: A model for campfires observed with Solar Orbiter
accepted for publication in Astronomy & Astrophysics

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• Solar Orbiter (SolO) auf Atlas V (411)

Der Beitrag Genauer Blick auf Mini-Strahlungsausbrüche erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

So wie die meisten von uns während der Feiertage im Rahmen der verschiedenen COVID-19-Maßnahmen sicher zu Hause bleiben werden, wird auch der Vorbeiflug – fast schon Routine bei der Satellitensteuerung – von Flugingenieurinnen und Flugingenieuren aus der Ferne überwacht werden.

Die nächste Annäherung findet am 27. Dezember um 13:39 MEZ statt, wobei die Sonde zu dem Zeitpunkt etwa 7.500 km von den höchsten Venuswolken entfernt sein wird. Ab 2025 erfolgen weitere, sehr viel nähere Vorbeiflüge mit wenigen hundert Kilometern Abstand.

Während des bevorstehenden Vorbeiflugs werden die In-situ-Instrumente MAG, RPW und einige Sensoren des EPD, eingeschaltet sein, um die magnetische, Plasma- und Partikelumgebung der Raumsonde aufzuzeichnen. Es ist nicht möglich, Aufnahmen von der Venus zu machen, da die Sonde der Sonne zugewandt bleiben muss.

Um Solar Orbiter für den Vorbeiflug richtig auszurichten, führten die ESA-Bodenstations- und Flugdynamik-Teams eine sogenannte „Delta-DOR“-Kampagne durch, bei der eine spezielle Technik – Delta-Differential One-Way Ranging – eingesetzt wurde, um die Position der Sonde im Weltraum und ihre Flugbahn genau zu bestimmen.

Bei Delta-DOR wird eine Reihe von geographisch weit voneinander entfernten Bodenstationen genutzt, um die Funksignale der Raumsonde zu empfangen und so ein erstes Ergebnis für ihre Position zu erhalten. Anschließend wird dieses Ergebnis mit den Positionen bekannter stellarer Radioquellen verglichen, die zuvor von anderen Missionen kartiert wurden, was eine korrigierte und ultrapräzise endgültige Darstellung erlaubt. Die Delta-DOR-Technik ermöglicht es den Flugingenieurinnen und Flugingenieuren, die Position einer Raumsonde auf wenige hundert Meter genau zu bestimmen, selbst in einer Entfernung von 100 Millionen km.

Heute, am 17. Dezember, ist Solar Orbiter etwa 235 Millionen Kilometer von der Erde und 10,5 Millionen Kilometer von der Venus entfernt.

Die Flugbahn des Solar Orbiter um die Sonne wurde so gewählt, dass sie „im Einklang“ mit der Venus steht. Das bedeutet, dass er alle paar Umläufe in die Nähe des Planeten zurückkehren wird und erneut dessen Schwerkraft nutzen kann, um seine Bahn zu verändern oder zu neigen. Die nächste Begegnung wird im August 2021 stattfinden, also nur wenige Tage vor dem Venus-Vorbeiflug der BepiColombo-Mission der ESA. Anfangs wird sich Solar Orbiter in der gleichen Bahnebene wie die Planeten befinden, aber jede Begegnung mit der Venus wird seine Bahnneigung erhöhen. Bis zum Jahr 2025 wird er seinen ersten Vorbeiflug an der Sonne dann mit einer Neigung von 17° durchführen, die bis zum Ende des Jahrzehnts auf 33° ansteigen wird, wodurch die Polarregionen mehr in den direkten Blick kommen. Auf diese Weise kann die Sonde die ersten Bilder von den Polarregionen der Sonne aufnehmen, die für das Verständnis der Funktionsweise der Sonne, für die Erforschung des Zusammenspiels von Sonne und Erde und für bessere Vorhersagen von stürmischem Weltraumwetter entscheidend sind.

Die Solar Orbiter-Mission beruht auf einer internationalen Zusammenarbeit zwischen der ESA und NASA.

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• Solar Orbiter (SolO) auf Atlas V (411)

Der Beitrag Solar Orbiter bereitet sich auf Venus-Vorbeiflug vor erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

„Ich bin mehr als zufrieden mit der Leistung des Solar Orbiter und den verschiedenen Teams, die ihn und seine Instrumente in Betrieb halten“, sagt Daniel Müller, Solar Orbiter-Projektwissenschaftler der ESA.

„Es war eine echte Teamleistung unter schwierigen Umständen in diesem Jahr, und jetzt sehen wir allmählich, dass sich diese Anstrengungen wirklich auszahlen.“

Die zehn wissenschaftlichen Instrumente des Solar Orbiter teilen sich in zwei Gruppen auf. Es gibt sechs Fernerkundungsteleskope und vier In-situ-Instrumente. Die Fernerkundungsinstrumente untersuchen die Oberfläche der Sonne und ihre erweiterte Atmosphäre, die Korona. Die In-situ-Instrumente messen die von der Sonne freigesetzten Partikel rund um die Raumsonde, den Sonnenwind, zusammen mit ihren magnetischen und elektrischen Feldern. Die Rückverfolgung des Ursprungs dieser Teilchen und Felder bis zur Sonnenoberfläche ist eines der Hauptziele des Solar Orbiter.

Während des ersten Nahvorbeiflugs des Solar Orbiter an der Sonne am 15. Juni, bei dem sich die Sonde der Sonne auf 77 Millionen Kilometer näherte, zeichneten sowohl Fernerkundungs- als auch In-situ-Instrumente Daten auf.

Fußabdruck des Sonnenwindes
Mithilfe der Messdaten des Solar Orbiter konnte die Ursprungsregion des Sonnenwinds, der auf die Sonde trifft, ermittelt und dieser sogenannte „Fußabdruck“ in den Fernerkundungsbildern identifiziert werden. In einem Beispiel, das im Juni 2020 untersucht wurde, ist der Fußabdruck am Rand einer Region zu sehen, die als „koronales Loch“ bezeichnet wird, bei dem das Magnetfeld der Sonne in den Weltraum hinausreicht, so dass der Sonnenwind austreten kann.

Auch wenn es sich dabei um eine vorläufige Studie handelt, geht sie doch über alles hinaus, was bisher möglich war.

Wir waren noch nie in der Lage, eine so genaue Kartierung durchzuführen“, sagt Tim Horbury vom Imperial College in London und Vorsitzender der In-Situ-Arbeitsgruppe Solar Orbiter.

Lagerfeuer-Physik
Der Solar Orbiter hat auch neue Informationen über die „Lagerfeuer“ der Sonne gesammelt, die Anfang dieses Jahres weltweite Aufmerksamkeit erregten.

Die ersten Bilder der Mission zeigten eine Vielzahl von scheinbar winzigen Sonneneruptionen, die auf der Sonnenoberfläche auftreten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nannten sie Lagerfeuer, weil die genaue Energie, die mit diesen Ereignissen verbunden ist, noch nicht bekannt ist. Ohne Kenntnis dieser Energie ist noch nicht klar, ob es sich um dasselbe Phänomen handelt wie bei ähnlichen kleineren Eruptionen, die bei anderen Missionen beobachtet wurden. Was das Ganze so faszinierend macht, ist die Tatsache, dass man zwar seit langem von der Existenz solch kleiner „Nano-Eruptionen“ auf der Sonne wusste, doch hatten wir bisher noch nie die Mittel, so kleine Erscheinungen zu sehen.

„Die Lagerfeuer könnten die Nano-Eruptionen sein, die wir mit dem Solar Orbiter erforschen“, sagt Frédéric Auchère vom Institut d’Astrophysique Spatiale in Orsay, Frankreich, und Vorsitzender der Arbeitsgruppe für Fernerkundung der Solar Orbiter-Mission.

Dies ist bedeutsam, da von den Nano-Eruptionen angenommen wird, dass sie für die Erhitzung der Korona, also der äußeren Sonnenatmosphäre, verantwortlich sind. Hinzu kommt die Besonderheit, dass die Korona etwa eine Million Grad Celsius aufweist, doch auf der Oberfläche nur etwa 5000 Grad Celsius erreicht werden. Dies ist bis heute eine der rätselhaftesten Fragen der Sonnenphysik. Die Erforschung dieses Geheimnisses ist eines der zentralen wissenschaftlichen Ziele des Solar Orbiter.

Um dieser Frage auf den Grund zu gehen, haben Forscherinnen und Forscher Daten analysiert, die mit dem Instrument SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) des Solar Orbiter gewonnen wurden. SPICE wurde konzipiert, um die Geschwindigkeit des Gases an der Sonnenoberfläche zu ermitteln. Es hat sich gezeigt, dass es tatsächlich kleinere Ereignisse gibt, bei denen das Gas mit erheblicher Geschwindigkeit ausströmt, aber die Frage nach einem Zusammenhang mit den Lagerfeuern ist nach wie vor offen.

„Im Moment haben wir nur Daten aus der Inbetriebnahme, die zu einem Zeitpunkt gewonnen wurden, als die Teams noch dabei waren, das Verhalten ihrer Instrumente im Weltraum zu testen. Daher sind die Ergebnisse sehr vorläufig. Aber natürlich sehen wir sehr spannende Dinge“, sagt Auchère. „Beim Solar Orbiter dreht sich alles um Entdeckungen, und das ist sehr faszinierend.“

Surfen auf dem Kometenschweif
Neben den Fortschritten im Hinblick auf die geplanten wissenschaftlichen Ziele des Solar Orbiter gab es auch Zufallsentdeckungen von der Raumsonde.

Kurz nach dem Start des Solar Orbiter wurde festgestellt, dass er hinter dem Kometen ATLAS fliegen und dessen beiden Schweife passieren würde. Obwohl eine solche Begegnung in der Mission nicht vorgesehen war und zu diesem Zeitpunkt noch keine Forschungsdaten erhoben werden sollten, setzten die Expertinnen und Experten alles daran, dass die In-situ-Instrumente diese einzigartige Begegnung aufzeichneten.

Doch die Natur hielt noch eine weitere Überraschung bereit: Der Komet zerfiel, bevor sich die Raumsonde ihm nähern konnte. Daher war es trotz der erhofften starken Signale von den Schweifen nicht auszuschließen, dass die Raumsonde überhaupt nichts sehen würde.

Das war jedoch nicht der Fall. Der Solar Orbiter zeichnete zwar charakteristische Daten von dem Kometen ATLAS auf, konnte aber keine Phänomene feststellen, die die Wissenschaftler normalerweise erwartet hätten. Statt einer starken, einzelnen Schweifüberquerung entdeckte die Raumsonde zahlreiche Wellenepisoden in den magnetischen Daten. Es wurden auch Bereiche von Staubteilchen entdeckt, die wahrscheinlich aus dem Inneren des Kometen freigesetzt wurden, als dieser in viele kleine Stücke zerfiel.

„Dies ist das erste Mal, dass wir im Wesentlichen durch den Schweif eines zerfallenden Kometen geflogen sind“, sagt Horbury. „Es gibt dort eine Menge wirklich interessanter Daten, und es ist ein weiteres Beispiel für die Art von qualitativ hochwertiger begleitender Forschung, die wir mit dem Solar Orbiter verwirklichen können.“

Verborgenes Weltraumwetter
Der Solar Orbiter hat während eines Großteils seiner Zeit im Weltraum den Sonnenwind gemessen und eine Reihe von Teilchenauswürfen von der Sonne aufgezeichnet. Dann, am 19. April, fegte ein besonders interessanter koronaler Massenauswurf über den Solar Orbiter hinweg.

Ein koronaler Massenauswurf (coronal mass ejection, CME), ist ein großes kosmisches Wetterereignis, bei dem Milliarden von Tonnen von Teilchen durch die äußere Atmosphäre der Sonne ausgestoßen werden. Während dieses speziellen Massenauswurfs, der sich am 14. April auf der Sonne ereignete, hatte der Solar Orbiter etwa zwanzig Prozent seines Weges von der Erde zur Sonne zurückgelegt.

Doch der Solar Orbiter war nicht die einzige Raumsonde, die dieses Ereignis beobachtete. Zu dieser Zeit flog auch zufällig die BepiColombo-Mission der ESA auf ihrem Weg zum Merkur an der Erde vorbei. Ebenso die Sonnenmission STEREO der NASA, die etwa neunzig Grad von der direkten Sonne-Erde-Linie entfernt war und direkte Sicht auf den Bereich des Massenauswurfs hatte. Dadurch war sie in der Lage, die Auswirkungen des CME auf den Solar Orbiter, auf BepiColombo und die Erde zu beobachten. Durch die Zusammenführung der verschiedenen Messungen der einzelnen Raumsonden waren die Forscherteams in der Lage, die Entwicklung des koronalen Massenausstoßes auf seiner Reise durch den Weltraum zu untersuchen.

Dies wird auch als Mehrpunktwissenschaft bezeichnet. Dank der Anzahl der Raumsonden, die sich jetzt im inneren Sonnensystem befinden, wird sie zu einem immer leistungsfähigeren Instrument bei der Forschung zum Verständnis der Sonnenwinde und des Weltraumwetters.

„Wir können Massenauswürfe aus der Ferne beobachten, wir können sie in-situ messen und wir können sehen, wie sie sich auf dem Weg zur Erde verändern,“ so Horbury.

Über das Ereignis, das die Raumsonden verfolgten, waren möglicherweise diejenigen ebenso fasziniert, die es nicht sahen. Das Weltraumobservatorium SOHO der ESA und NASA, das sich vor der Erde befindet und das die Sonne ständig auf solche Ausbrüche beobachtet, hat das Ereignis kaum registriert. Damit gehört das Ereignis vom 19. April zu einer seltenen Kategorie von kosmischen Wetterereignissen, die als verdeckte CME bezeichnet werden. Die Untersuchung dieser schwer fassbaren Phänomene wird uns zu einem besseren Verständnis der kosmischen Wettererscheinungen verhelfen.

In den kommenden Jahren werden die Möglichkeiten für die Mehrpunktwissenschaft zunehmen. Am 27. Dezember wird Solar Orbiter seinen ersten Venus-Vorbeiflug absolvieren. Bei diesem Vorhaben macht man sich die Schwerkraft des Planeten zunutze, damit die Raumsonde zusätzlichen Schwung erhält, um näher an die Sonne zu gelangen. Damit wird der Solar Orbiter eine noch bessere Position für gemeinsame Messungen mit der Parker-Sonde der NASA erreichen, die im Jahr 2021 ebenfalls zwei Venus-Vorbeiflüge durchführen wird.

Während Parker In-situ-Messungen aus dem Inneren der Sonnenatmosphäre vornimmt, wird Solar Orbiter Bilder derselben Region aufnehmen. Zusammen werden die beiden Raumsonden sowohl die Details als auch ein umfassenderes Gesamtbild liefern.

„2021 wird eine spannende Zeit für den Solar Orbiter sein“, sagt Teresa Nieves-Chinchilla, Projektwissenschaftlerin für den Solar Orbiter bei der NASA. „Bis zum Ende des Jahres werden alle Instrumente in vollem Forschungsmodus zusammenarbeiten, und wir werden uns darauf vorbereiten, der Sonne noch näher zu kommen.“

Im Jahr 2022 wird sich der Solar Orbiter der Sonnenoberfläche bis auf 48 Millionen Kilometer nähern – nochmals 20 Millionen Kilometer näher als im Jahr 2021.

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• Solar Orbiter (SolO) auf Atlas V (411)

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Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Viel zu tun hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) seit dem Start der ESA-Weltraummission Solar Orbiter im Februar 2020. Trotz der Corona-bedingten Widrigkeiten konnten sie ihre Instrumente an Bord der Raumsonde in Betrieb nehmen und erste Daten analysieren. Das Besondere: Die Messungen stehen der gesamten wissenschaftlichen Community online zur Verfügung.

„Wir sind jetzt soweit, dass wir unsere ersten Daten am Datenzentrum der Europäischen Weltraumorganisation ESA online gestellt haben. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt können diese neuen und einzigartigen Daten nun analysieren und neue Erkenntnisse gewinnen. So kann die solare Korona Elektronen und Ionen mit großer Energie beschleunigen, zum Teil fast auf Lichtgeschwindigkeit“, erklärt Professor Robert Wimmer-Schweingruber, der den Kieler Beitrag geleitet hat. Dass die Daten bereits sieben Monate nach dem Start der Raumsonde und drei Monate nach der Kalibrierungsphase veröffentlicht werden, sei außergewöhnlich. Denn nicht nur der Zeitraum der Testphase, während der die Instrumente unter Weltraumbedingungen im Realbetrieb erprobt werden, war sehr kurz. Die Instrumententeams haben jetzt nur noch 90 Tage Zeit, um die Rohdaten zu kalibrieren und in eine Form zu bringen, die Externe verarbeiten können.

„Diese Frist wäre selbst in normalen Zeiten eine Herausforderung gewesen, mit der Corona-Pandemie waren die Teams ganz besonders gefordert“, erklärt der Kieler Wissenschaftler. So fliegt Solar Orbiter beispielsweise auf einer hoch-elliptischen Bahn um die Sonne und wird mehrere Swing-by-Manöver nutzen, um bis auf 0,28 astronomische Einheiten an die Sonne heranzukommen. Im entferntesten Punkt von der Sonne wird sie fast eine astronomische Einheit von ihr entfernt sein. Die so variablen Bedingungen stellen ganz besondere Anforderungen an die Instrumente und deren Einstellungen, die sorgfältig optimiert werden mussten. „Dies während Covid-19-Zeiten zu erreichen war eine riesige Herausforderung“, sagt Dr. Yannis Zouganelis, stellvertretender Projektwissenschaftler der ESA. „Aber wir sind jetzt soweit, dass wir die Daten wie geplant an die wissenschaftliche Community übergeben können, damit diese daran wissenschaftliche Untersuchungen vornehmen kann.“ Das enge Zusammenspiel zwischen Wissenschaftlern, Ingenieurinnen, Operateuren der Raumsonde und der Verfügbarkeit der großen Radioantennen musste trotz der neuen Arbeitsbedingungen einwandfrei und auf Anhieb funktionieren, „denn die Raumsonde war ja unterwegs und konnte nicht mehr aufgehalten werden“, fasst Robert Wimmer-Schweingruber die besonderen Schwierigkeiten zusammen.

„Unser Ziel war es immer, unsere Daten möglichst schnell zu veröffentlichen, damit die Forschungsgruppen auf der ganzen Welt an möglichst aktuellen Daten arbeiten können“, bekräftigt Wimmer-Schweingruber. Bei den meisten Weltraummissionen werden die Daten gewöhnlich erst ein halbes oder gar ein ganzes Jahr nach Erhalt auf der Erde veröffentlicht, um den Teams, die die Instrumente gebaut haben, eine exklusive Frist für die Analyse einzuräumen.

Bei Solar Orbiter waren sich die Forschenden einig, dass dies sehr viel schneller gehen muss. „Wir wollen, dass Solar Orbiter eine der offensten Weltraummissionen wird. Das heißt offen für die ganze Welt, nicht nur für die Instrumententeams“, sagt Yannis Zouganelis. In ersten virtuellen Workshops, in denen die neuen Daten vorgestellt wurden, nahmen etwa zehnmal mehr Interessentinnen und Interessenten teil, als in den Instrumententeams arbeiten. „Je mehr Leute unsere Daten verwenden, desto mehr erhöht sich die wissenschaftliche Ausbeute von Solar Orbiter,“ freut sich Wimmer-Schweingruber.

Am heutigen Tag (30. September 2020) werden auch alle Beschreibungen der zehn Instrumente auf Solar Orbiter und der Raumsonde und des Missionskonzeptes im Fachjournal Astronomy and Astrophysics veröffentlicht. „Diese Informationen sind unverzichtbar, um eine verlässliche Analyse der Daten zu gewährleisten. Auch in zehn Jahren, wenn die Ingenieurinnen und Ingenieure, die die Instrumente gebaut haben schon längst wieder an anderen Projekten arbeiten“ so Wimmer-Schweingruber.

Die Arbeiten an der CAU wurden unter Förderkennzeichen 50OT1702 durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Die neu veröffentlichen Daten sind online verfügbar:
http://soar.esac.esa.int/soar/

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• Solar Orbiter (SolO) auf Atlas V (411)

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Quelle: Airbus Defence and Space.

München, 18. Oktober 2019 – Der von Airbus in Stevenage (UK) gebaute Solar Orbiter wird die Sonne und ihre Wirkung auf das Sonnensystem mit bisher unerreichter Genauigkeit untersuchen. Die Raumsonde verfügt über ein umfangreiches Set an Instrumenten, die Teilchen, Felder und Wellen des Plasmas messen, das sie durchqueren wird. Zugleich wird sie Oberfläche und äußere Atmosphäre der Sonne – Photosphäre und Korona – beobachten.

Der Solar Orbiter wird seit Oktober 2018 im IABG-Testzentrum bei München erprobt. Geprüft wurden unter anderem elektromagnetische Verträglichkeit, Vibration und Thermalvakuum sowie die Entfaltung der Solarpaneele und Schwenkarme an der Raumsonde. Alle Tests wurden erfolgreich abgeschlossen.

„Solar Orbiter ist eine der anspruchsvollsten und spannendsten Missionen, die wir in Stevenage bisher in Angriff genommen haben. Die starke Annäherung an die Sonne bedeutet, dass manche Teile der Raumsonde Temperaturen von bis zu 500 Grad Celsius aushalten müssen, während andere im ständigen Schatten eisigen Temperaturen von bis zu minus 180 Grad Celsius ausgesetzt sind. Damit die hochempfindlichen Instrumente Magnetfelder und Teilchen der Sonne messen können, muss die Sonde selbst für die Sensoren unsichtbar sein. Das hat uns an die Grenzen des technisch Machbaren geführt“, sagte Eckard Settelmeyer, Head of Earth Observation, Navigation and Science Institutional Satellite Projects bei Airbus.

Am sonnennächsten Punkt wird Solar Orbiter der Sonne mit einem Abstand von 0,28 Astronomischen Einheiten (AE) – das entspricht etwa einer Entfernung von 42 Millionen Kilometern – näher sein als der Planet Merkur. Im Laufe der Mission wird sich die Raumsonde aus der Ekliptikebene herausbewegen. So sind Langzeitbeobachtungen eines Ausschnitts der Sonnenoberfläche und ein Blick auf die Pole der Sonne möglich. Noch nie ist eine Raumsonde der Sonne so nahegekommen. Hier ist das Sonnenlicht dreizehnmal so intensiv wie für die Satelliten in der Erdumlaufbahn.

Der Solar Orbiter muss intensiver Wärmestrahlung standhalten und den Schutz seiner Instrumente gewährleisten, ohne den Blick auf die Sonne zu versperren. Der Hitzeschild und die neue Hochtemperatur-Solarpaneel-Technologie sind zentrale Faktoren für den Erfolg der Mission. Um sich zu positionieren und den Orbit über den Polen zu erhöhen, wird Solar Orbiter eine Reihe komplexer Vorbeiflug-Manöver durchführen und so die Anziehungskräfte von Erde und Venus nutzen.

Die Sonne stößt bei Eruptionen Hochenergieteilchen aus (koronale Massenauswürfe), die Stromverteilungssysteme stören, Computer zum Absturz bringen, Satelliten beschädigen und Astronauten gefährden können. Solar Orbiter wird die Sonne aus einer elliptischen Umlaufbahn um das Gestirn beobachten und wissenschaftliche Daten liefern, die zu einem besseren Verständnis der Abläufe beitragen, die auf der Sonne diese heftigen und gefährlichen Eruptionen auslösen.

Solar Orbiter baut auf den enormen Erfolgen der von Airbus gebauten Sonden SOHO und Ulysses auf, die bemerkenswerte Einblicke in die Vorgänge auf der Sonne geliefert haben. Wie bei diesen Programmen handelt es sich bei Solar Orbiter um eine Kooperation von ESA und NASA.

Die Mission wird fast acht Jahre dauern.

Über Solar Orbiter
Solar Orbiter ist Teil einer internationalen Gemeinschaftsmission der ESA und der NASA zur Erforschung der Sonne, ihrer äußeren Atmosphäre und der Ursachen für die von den Sonnenwinden verursachten heftigen Eruptionen, die sich bis auf die Erde auswirken. Mit ihren räumlich hochauflösenden Teleskopen wird die Raumsonde die Atmosphäre der Sonne aus nächster Nähe untersuchen und die Ergebnisse mit Messungen aus der direkten Umgebung der Sonde abgleichen. So lässt sich ein genaues Bild davon zeichnen, welchen Effekt die Sonne auf die Bedingungen im erdnahen Weltraum und in abgelegeneren Regionen unseres Sonnensystems hat. Dank ihrer einzigartigen – und schwer zu erreichenden – Umlaufbahn wird Solar Orbiter erstmalig Bilder der Polarregion der Sonne aufnehmen und wichtige Einsichten über die bisher kaum erforschten polaren Magnetfelder liefern, die den elfjährigen Sonnenzyklus und die periodisch auftretenden Auswürfe der Sonnenstürme beeinflussen. Solar Orbiter kombiniert zehn in Europa und den USA gefertigte Instrumente, die sorgfältig ausgewählt und so konzipiert wurden, dass sich ihre Beobachtungen gegenseitig ergänzen. Gemeinsam liefern sie das bisher umfassendste und ganzheitlichste Bild der Sonne und ihrer Umgebung.

Airbus France in Toulouse hat wesentliche Elemente von Software, Navigation und Treibstoffmanagement beigetragen. Von Airbus in Deutschland kommen die Solarpaneele (Ottobrunn) und wichtige Antriebselemente (Lampoldshausen). Airbus in Spanien lieferte Steuerungs- und Elektriksysteme und Airbus in den Niederlanden Radiatorelemente.

Über Airbus
Airbus ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Luft- und Raumfahrt sowie den dazugehörigen Dienstleistungen. Der Umsatz betrug € 64 Mrd. im Jahr 2018, die Anzahl der Mitarbeiter rund 134.000. Airbus bietet die umfangreichste Verkehrsflugzeugpalette. Das Unternehmen ist europäischer Marktführer bei Tank-, Kampf-, Transport- und Missionsflugzeugen und eines der größten Raumfahrtunternehmen der Welt. Die zivilen und militärischen Hubschrauber von Airbus zeichnen sich durch hohe Effizienz aus und sind weltweit gefragt.

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