Quelle: NASA, 3. Juni 2026

3. Juni 2026, Washington / Greenbelt Md. – Die Behörde berief im Februar einen Untersuchungsausschuss ein, um die Bergungsbemühungen zu bewerten und den wahrscheinlichen aktuellen Zustand des Raumfahrzeugs einzuschätzen. Der Untersuchungsausschuss kam zu dem Schluss, dass das MAVEN-Raumfahrzeug nicht mehr rettbar ist und seine wissenschaftliche Mission sowie die Datenübertragung nicht mehr erfüllen kann, was mit den Erkenntnissen des Missionsteams übereinstimmt.

Die Telemetriedaten von MAVEN vor dem Passieren des Raumfahrzeugs hinter dem Mars im Dezember zeigten, dass alle Teilsysteme normal funktionierten. Nachdem das Raumfahrzeug wieder hinter dem Mars hervorkam, konnte das Deep Space Network (DSN) der NASA kein Signal mehr empfangen. Ein kurzer Ausschnitt aus den Telemetriedaten, der aus der Analyse der vom Open-Loop-Empfänger des DSN aufgezeichneten Funksignale gewonnen wurde, deutete darauf hin, dass sich das Raumfahrzeug im Sicherheitsmodus befand und sich mit ungewöhnlich hoher Geschwindigkeit drehte, als es hinter dem Mars wieder auftauchte, was auf eine Störung in der Umlaufbahn von MAVEN hindeutete. Der Untersuchungsausschuss kam zu dem Schluss, dass aufgrund dieser Drehung die Batterien des Raumfahrzeugs leerliefen, wodurch das Kommunikationssystem die Stromversorgung verlor und MAVEN in einen nicht mehr wiederherstellbaren Zustand geriet.

Diese vorläufigen Ergebnisse gehen nicht auf eine mögliche Ursache für die Anomalie ein, die noch untersucht wird. Der Untersuchungsausschuss wird voraussichtlich noch in diesem Jahr seinen Abschlussbericht vorlegen. Die NASA hat den offiziellen Prozess zur Stilllegung der MAVEN-Mission eingeleitet und folgt dabei den Standardverfahren zur Archivierung des gesamten Missionsdatensatzes für die Wissenschafts- und Forschungsgemeinschaften.

„Die wissenschaftlichen Erkenntnisse, die uns MAVEN geliefert hat, sind entscheidend dafür, welche Strahlenschutz- und Sicherheitsmaßnahmen wir ergreifen müssen, bevor wir Menschen zum Mars schicken“, sagte Louise Prockter, Direktorin der Abteilung für Planetenwissenschaften im NASA-Hauptquartier in Washington. „Die von MAVEN gesammelten Daten werden auch in den kommenden Jahrzehnten weiterhin wertvolle Einblicke in den Mars liefern.“

Die im November 2013 gestartete MAVEN-Mission erforschte die obere Atmosphäre des Roten Planeten, die Ionosphäre und die Wechselwirkungen mit der Sonne, um den Verlust der Marsatmosphäre ins All zu untersuchen. Das Verständnis des atmosphärischen Verlusts gibt Wissenschaftlern Einblicke in die Geschichte der Atmosphäre und des Klimas des Planeten, in flüssiges Wasser und in die Bewohnbarkeit des Planeten.

„Die MAVEN-Mission hat unser Verständnis der Marsatmosphäre und ihrer Entwicklung wirklich vorangebracht. Dieser Datensatz hat enorme Auswirkungen auf das Fachgebiet gehabt“, sagte Shannon Curry, MAVEN-Projektleiterin und Forscherin am Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik der University of Colorado Boulder.

„Unser Wissenschaftsteam ist außerordentlich stolz auf all diese erstaunlichen Entdeckungen.“

Der Einfluss der Sonne auf den Mars

Eines der ersten wichtigen Ergebnisse von MAVEN war, dass die Erosion der Marsatmosphäre während Sonnenstürmen deutlich zunimmt. Das Team untersuchte, wie der Sonnenwind – ein Strom geladener Teilchen, der kontinuierlich von der Sonne ausströmt – und Sonnenstürme die Marsatmosphäre kontinuierlich abtragen, sowie wie dieser Prozess eine entscheidende Rolle dabei spielte, das Marsklima von einer potenziell bewohnbaren Welt in den heutigen kalten, trockenen Planeten zu verwandeln. Die MAVEN-Mission hat unser Verständnis davon, wie die Sonne und das Weltraumwetter den Mars beeinflussen, in beispielloser Weise vorangebracht, da sie das einzige Raumfahrzeug war, das gleichzeitig Messungen sowohl der Sonne als auch der Reaktion der Marsatmosphäre vornehmen konnte.

Lichterspektakel auf dem Mars

Die MAVEN-Mission entdeckte mehrere Arten von Polarlichtern, die aufleuchten, wenn energiereiche Teilchen in die Atmosphäre eintauchen, Gase bombardieren und diese zum Leuchten bringen. Das MAVEN-Team zeigte, dass Protonen auf dem Mars neue Arten von Polarlichtern erzeugen. Auf der Erde treten Protonen-Auroren nur in sehr kleinen Regionen nahe den Polen auf, während sie auf dem Mars überall auftreten können.

Die Marsatmosphäre „sputtert“ ins All

Um besser zu verstehen, wie der Mars den Großteil seiner Atmosphäre verloren hat, hat MAVEN zum ersten Mal bei einem Planeten die atmosphärische Verflüchtigung gemessen. Das Team tat dies durch die Beobachtung von Argon, einem Edelgas, das nur selten mit anderen Bestandteilen der Marsatmosphäre reagiert. Der einzige nennenswerte Weg, auf dem es entfernt werden kann, ist das atmosphärische Sputtering – ein Prozess, bei dem Ionen mit ausreichend hoher Geschwindigkeit in die Marsatmosphäre einschlagen, sodass sie Gasmoleküle aus der Atmosphäre herausspritzen, ähnlich wie bei einem Kopfsprung in einen Pool. Das Team nutzte Daten aus elf Jahren, um das Vorhandensein von gesputtertem Argon in großen Höhen genau an den Stellen nachzuweisen, an denen die energiereichen Teilchen in die Atmosphäre einschlugen, und zeigte so das Sputtering in Echtzeit.

Die staubigen Geheimnisse des Mars entschlüsseln

Im Jahr 2018 entstand durch eine Reihe von Staubstürmen eine Staubwolke, die so groß war, dass sie den Roten Planeten vollständig umhüllte. Das MAVEN-Team untersuchte, wie sich dieser „globale“ Staubsturm auf die obere Marsatmosphäre auswirkte, um zu verstehen, wie solche Ereignisse den Wasserverlust ins All beeinflussen. Es bestätigte, dass die Erwärmung durch Staubstürme Wassermoleküle weit höher in die Atmosphäre befördern kann als gewöhnlich, was zu einem plötzlichen Anstieg des Wasserverlusts ins All führt.

Auf der Jagd nach Kometen

Neben der Marsforschung trug MAVEN zu den Bemühungen der NASA bei, den Kometen 3I/ATLAS am Mars zu beobachten. Im Laufe von 10 Tagen im letzten Jahr entwarf das MAVEN-Team eine neue Beobachtungskampagne, um 3I/ATLAS zu erfassen, indem es mehrere Bilder des Kometen in verschiedenen Wellenlängen aufnahm, ähnlich wie bei der Verwendung verschiedener Filter an einer Kamera. Anschließend nahm es hochauflösende UV-Bilder auf, um den vom Kometen stammenden Wasserstoff zu identifizieren. Durch die Auswertung dieser Bilder können Wissenschaftler eine Vielzahl von Molekülen identifizieren und die Zusammensetzung sowie die Geschichte des Kometen besser verstehen.

Während der gesamten Missionsdauer veröffentlichte das Wissenschaftsteam von MAVEN mehr als 800 Publikationen, und weitere Veröffentlichungen sind geplant.

Neben der wissenschaftlichen Arbeit spielte die MAVEN-Sonde eine entscheidende Rolle im Mars-Relay-Netzwerk der NASA, indem sie Daten von den Marsrovern zur Erde übertrug. Sie hält zudem den Rekord im Sonnensystem für die meisten Daten, die an einem einzigen Tag von einem anderen Planeten übertragen wurden.

Die MAVEN-Mission ist Teil des Mars-Erkundungsprogramms der NASA. Der leitende Wissenschaftler der Mission ist am Labor für Atmosphären- und Weltraumphysik der University of Colorado in Boulder tätig, das auch für die Leitung der wissenschaftlichen Operationen sowie für Öffentlichkeitsarbeit und Kommunikation zuständig ist. Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, leitet die MAVEN-Mission. Lockheed Martin Space hat das Raumfahrzeug gebaut und ist für den Missionsbetrieb verantwortlich. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien stellt die Navigation und die Unterstützung durch das Deep Space Network bereit.

Weitere Informationen zum Mars-Erkundungsprogramm der NASA finden Sie unter:

https://science.nasa.gov/planetary-science/programs/mars-exploration

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• MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN

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Quelle: ESA / Science & Exploration / Space Science / Smile, 19. Mai 2026

Nach dem Start und der Trennung von der Trägerrakete wurde das erste Signal von Smile um 06:48 Uhr MESZ von der ESA-Bodenstation New Norcia in Australien empfangen. Um 06:49 Uhr MESZ wurden die Solarpaneele des Raumfahrzeugs ausgefahren, sodass Smile nun Sonnenlicht sammeln kann, um seine Systeme und wissenschaftlichen Instrumente mit Energie zu versorgen. Mit dem Abschluss dieses Vorgangs war der Start erfolgreich.

„Smile“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der ESA und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS). Es soll Aufschluss darüber geben, wie die Erde auf Partikelströme und Strahlungsausbrüche der Sonne reagiert. Dazu werden mithilfe einer Röntgenkamera die weltweit ersten Röntgenbeobachtungen des Erdmagnetfelds durchgeführt und mit einer Ultraviolettkamera die daraus resultierenden Nordlichter jeweils 45 Stunden lang ununterbrochen beobachtet.

„Wir stehen kurz davor, etwas zu erleben, was wir noch nie zuvor gesehen haben – die unsichtbare Schutzhülle der Erde in Aktion“, sagt ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher. „Mit Smile erweitern wir die Grenzen der Wissenschaft, um Antworten auf große Fragen zu finden, die seit unserer Entdeckung vor über siebzig Jahren, dass die Erde sicher in einer riesigen magnetischen Blase liegt, ein Rätsel geblieben sind.“

Er fügt hinzu: „Die ESA und China blicken auf eine 25-jährige Zusammenarbeit zurück, die von frühen Vereinbarungen zum Datenaustausch in den 1990er Jahren bis zur gemeinsam entwickelten Smile-Mission reicht. Diese Mission ist ein Beweis für das Engagement der ESA für internationale Zusammenarbeit, die Förderung wissenschaftlicher Erkenntnisse und die friedliche Nutzung des Weltraums.“

„Smile wird Licht in die Geheimnisse des Erdmagnetfelds bringen“, sagt David Agnolon, Projektleiter für Smile bei der ESA. „Die Mission wird durch eine reibungslose Zusammenarbeit zwischen der ESA und der CAS sowie durch Beiträge von Partnern aus ganz Europa ermöglicht. Es ist das erste Mal, dass die ESA und China gemeinsam eine Mission ausgewählt, konzipiert, umgesetzt, gestartet und betrieben haben, und wir sind alle sehr gespannt auf die bedeutenden wissenschaftlichen Entdeckungen, die wir in den nächsten drei Jahren von Smile erwarten.“

Die Zeit ist gekommen

Seit fast vier Milliarden Jahren hält die Erde einen riesigen Schutzschild gegen den unerbittlichen Ansturm geladener Teilchen von der Sonne aufrecht. Dieser Sonnenwind kann alles auf seinem Weg beschädigen, besonders wenn er sich zu Sonnenstürmen aufbaut.

Der Sonnenwind würde unsere blühende grüne und blaue Erde in eine felsige, braune Ödnis verwandeln – gäbe es nicht das Magnetfeld, das tief im Inneren unseres Planeten entsteht. Dieses Magnetfeld bildet eine riesige Schutzblase um uns herum, die Magnetosphäre genannt wird.

Zum ersten Mal in der Geschichte sind wir an einem Punkt angelangt, an dem unsere wissenschaftlichen Instrumente und Technologien so weit fortgeschritten sind, dass wir genau auf den Grund gehen können, wie diese Abwehr gegen den Sonnenwind funktioniert.

Professor Carole Mundell, Wissenschaftsdirektorin der ESA, sagt: „Smile ist das neueste Mitglied der Flotte der Weltraumforschungsmissionen der ESA. Es baut auf dem bahnbrechenden wissenschaftlichen und technologischen Erbe früherer Missionen wie Cluster und XMM-Newton auf und nutzt bewährte Technologien auf neue Weise, um die magnetische Umgebung der Erde wie nie zuvor zu erforschen.“

Sie fährt fort: „Die bewährte Zusammenarbeit zwischen unseren Ingenieur- und Wissenschaftsteams in Europa und China hat globale Herausforderungen wie pandemiebedingte Reisebeschränkungen und geografisch verteilte Teams überstanden. Es ist spannend zu sehen, wie all dies heute zusammenkommt, und ich freue mich auf die neuen wissenschaftlichen Entdeckungen, die Smile liefern wird.“

Smile ist mit einer einzigartigen Instrumentenausstattung ausgestattet, die uns erstmals einen umfassenden Einblick darin geben soll, wie das Erdmagnetfeld auf die unerbittlichen Angriffe der Sonne reagiert.

Es wird die erste Mission sein, die das magnetische Schutzschild der Erde mit Röntgenaugen betrachtet, um aufzudecken, wo und wie es vom Sonnenwind getroffen wird. Diese Wechselwirkung löst Störungen aus, die von kleinen Substürmen bis hin zu großen geomagnetischen Stürmen reichen und sich durch unsere Magnetosphäre in Richtung Nord- und Südpol ausbreiten.

Dort lösen die Magnetstürme ein Lichtspektakel aus, die Aurora (das Nord- und Südlicht). Smile wird die Nordlichter mit Hilfe von Ultraviolettstrahlung 45 Stunden am Stück aufzeichnen und ist damit die erste Mission, die sie so lange beobachtet, sowie die erste seit 2008, die den gesamten Kreis der Aurora um den Nordpol im ultravioletten Licht beobachtet.

Durch den Vergleich der Röntgen- und Ultraviolettbilder werden wir in Echtzeit verfolgen können, wie die Erde auf den Ansturm des Sonnenwinds reagiert.

„Die von Smile gesammelten Daten werden uns helfen, den Planeten Erde und unser Sonnensystem als Ganzes besser zu verstehen“, sagt Philippe Escoubet, Projektwissenschaftler für Smile bei der ESA. „Und die wissenschaftlichen Erkenntnisse, die sich daraus ergeben, werden unsere Modelle der magnetischen Umgebung der Erde verbessern, was letztlich dazu beitragen könnte, die Sicherheit unserer Astronauten und Weltraumtechnologien für die kommenden Jahrzehnte zu gewährleisten.“

Vorbereitungen für die Wissenschaft

Die Vega-C-Rakete, die „Smile“ ins All beförderte, wurde ausgewählt, da sie den Anforderungen der Mission perfekt entsprach.

Géraldine Naja, Direktorin für Raumtransport bei der ESA, sagt: „Von der ersten Idee über den Start bis hin zu den Ergebnissen arbeiten Tausende von Menschen in Teams auf der ganzen Welt zusammen, um „Smile“ zu einem Erfolg zu machen. Die für einen Start erforderliche Präzisionstechnik macht jeden einzelnen Start zu einer Leistung. Herzlichen Glückwunsch an alle beteiligten Partner, die Vega-C heute zum Strahlen gebracht haben – insbesondere an Avio, das zum ersten Mal als Startdienstleister fungierte – und damit einen reibungslosen Start für Smiles wissenschaftliche Reise ermöglichten.“

Der Start ist erst der Anfang. Im Laufe des nächsten Monats wird Smile durch elf Triebwerkszündungen schrittweise an Höhe gewinnen und schließlich in eine extrem elliptische Umlaufbahn gelangen, die ihn 121.000 km über den Nordpol führt, um dort Daten zu sammeln, bevor er auf 5.000 km über den Südpol absinkt, um diese effizient an die gespannt wartenden Wissenschaftler auf der Erde zu übermitteln.

Die Datenerfassung wird im Juli ernsthaft beginnen, nachdem das Team die Ausleger ausgefahren, die Kamerabeschläge geöffnet und sich vergewissert hat, dass alles wie erwartet funktioniert.

Europäische Zusammenarbeit

Smile ist ein wahrhaft internationales Projekt, zu dem Europa einen wesentlichen Beitrag leistet.

Im Auftrag der ESA hat Airbus Defence and Space in Spanien das Nutzlastmodul von Smile gebaut. Dieser entscheidende Teil des Raumfahrzeugs beherbergt drei der vier wissenschaftlichen Instrumente der Mission – darunter die Röntgen- und Ultraviolettkameras sowie die Steuereinheit für die Instrumente und den Kommunikationskanal, über den alle wertvollen wissenschaftlichen Daten zur Erde zurückgesendet werden.

Europa war auch für die Röntgenkamera verantwortlich, das größte Instrument von Smile. Im Auftrag der ESA wurde diese Kamera in Großbritannien von der University of Leicester in Zusammenarbeit mit dem Mullard Space Science Laboratory und der Open University sowie mehreren anderen Institutionen in ganz Europa entwickelt und gebaut.

An der Entwicklung des Nutzlastmoduls und der Röntgenkamera waren Institute und Unternehmen aus 14 europäischen Ländern beteiligt, wobei das Vereinigte Königreich und Spanien die größten Beiträge leisteten.

Der finanzielle Beitrag der ESA zur Mission beläuft sich auf 130 Millionen Euro und umfasst über 25 Beschaffungsverträge mit mehr als 40 Unternehmen und Instituten. Alle ESA-Mitgliedstaaten leisten über das Wissenschaftsprogramm der Agentur einen indirekten Beitrag, wobei sich der durchschnittliche Beitrag zu Smile auf etwa 28 Cent pro Einwohner Europas beläuft.

Das Smile-Projekt hat sieben Jahre lang Hunderte von Menschen in Europa und China beschäftigt, und Hunderte von Wissenschaftlern werden in den kommenden Jahren anhand der von Smile gesammelten Daten Forschungsarbeiten durchführen.

Über Smile

Smile (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS).

Smile wird mithilfe von vier wissenschaftlichen Instrumenten untersuchen, wie die Erde auf den Sonnenwind reagiert. Auf diese Weise wird Smile unser Verständnis von Sonnenstürmen, geomagnetischen Stürmen und der Weltraumwetterforschung verbessern.

Die ESA ist verantwortlich für die Bereitstellung des Nutzlastmoduls von Smile (das drei der vier wissenschaftlichen Instrumente trägt), eines der vier wissenschaftlichen Instrumente des Raumfahrzeugs (den Soft-Röntgen-Imager, SXI), die Trägerrakete sowie die Einrichtungen und Dienstleistungen für die Montage, Integration und Erprobung. Die ESA trägt zu einem zweiten wissenschaftlichen Instrument (dem Ultraviolett-Imager, UVI) sowie zum Missionsbetrieb bei, sobald Smile sich in der Umlaufbahn befindet.

CAS stellt die übrigen drei wissenschaftlichen Instrumente sowie die Raumfahrzeugplattform bereit und ist für den Betrieb des Raumfahrzeugs im Orbit verantwortlich.

Smile ist Teil des „Cosmic Vision“-Programms der ESA und leistet einen wesentlichen Beitrag zur Beantwortung der Frage: „Wie funktioniert das Sonnensystem?“

Weitere Informationen finden Sie unter: https://www.esa.int/Science_Exploration/Smile

Über Vega-C

Die europäische Vega-C-Rakete kann 2300 kg ins All befördern, beispielsweise kleine wissenschaftliche Satelliten und Erdbeobachtungssatelliten. Die 35 Meter hohe Vega-C wiegt auf der Startrampe 210 Tonnen und erreicht die Umlaufbahn mit drei feststoffgetriebenen Stufen, bevor die vierte, flüssigtreibstoffbetriebene Stufe die präzise Platzierung der Satelliten in ihre gewünschte Umlaufbahn um die Erde übernimmt.

Als Ergänzung zur Ariane-Familie, die alle Arten von Nutzlasten in ihre gewünschten Umlaufbahnen befördert, gewährleistet Vega-C, dass Europa über einen vielseitigen und unabhängigen Zugang zum Weltraum verfügt. Die ESA leitet das Vega-C-Programm und arbeitet dabei mit Avio als Hauptauftragnehmer und Konstruktionsbehörde zusammen. Bei diesem Start fungiert Avio auch als Startdienstleister.

Weitere Informationen finden Sie unter: https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Vega/Vega-C

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• SMILE-Mission (ESA/China) auf Vega C

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Quelle: NASA / Goddard Space Flight Center / Mara Johnson-Groh, 15. April 2026

Nun haben Beobachtungen der Parker Solar Probe der NASA neue Erkenntnisse darüber geliefert, wie solche magnetischen Ereignisse Teilchen auf gefährliche Geschwindigkeiten beschleunigen. Bei einem Vorbeiflug an der Sonne im Jahr 2022 flog die Parker Solar Probe zwischen der Sonne und dem Ort eines magnetischen Rekonnektionsereignisses im Sonnenwind vorbei – jenem kontinuierlichen Strom aus Teilchen und Magnetfeldern, den die Sonne aussendet. Da die sturmauslösenden Rekonnektionsereignisse in der schwer zugänglichen Sonnenatmosphäre stattfinden, bieten Ereignisse im Sonnenwind die Möglichkeit, direkte Messungen an Teilchen vorzunehmen, die durch magnetische Rekonnektion beschleunigt werden. Und genau das hat die Parker Solar Probe getan.

Die Parker Solar Probe beobachtete einen auf die Sonne gerichteten Teilchenstrahl aus Protonen und schweren Ionen – Elementen mit zusätzlichen Elektronen. Überraschenderweise ergab die Auswertung der Daten jedoch, dass Protonen und Ionen auf unterschiedliche Weise beschleunigt wurden. Theorien zur magnetischen Rekonnexion gehen davon aus, dass diese beiden Partikeltypen auf die gleiche Weise beschleunigt werden, doch die neuen Beobachtungen zeigten, dass die Protonen einen gestreuten Strahl bildeten, ähnlich dem einer Taschenlampe, während die schwereren Ionen wie ein Laserstrahl in einer geraden Linie ausgerichtet waren.

Die Ergebnisse, die am 31. März im Astrophysical Journal veröffentlicht wurden, werden Wissenschaftlern helfen, theoretische Modelle der magnetischen Rekonnexion zu verfeinern, um besser zu verstehen, wie Sonnenstürme entstehen.

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• Parker Solar Probe auf Delta IV Heavy

Der Beitrag Parker Solar Probe entdeckt Überraschungen bei Explosion in Sonnennähe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA / Science & Exploration / Space Science / Smile, 2. April 2026

Verfolgen Sie den Start am 9. April ab 08:10 Uhr MESZ live

Steigen Sie direkt bei ESA Web TV oder über den ESA-YouTube-Livestream ein, um den Start live mitzuverfolgen.

Das Programm des Starts läuft von 08:10 bis 09:45 Uhr MESZ. Zu den wichtigsten Ereignissen gehören:

Nach dem Starttag
Nachdem die Vega-C-Rakete „Smile“ in eine kreisförmige Umlaufbahn in 700 km Höhe über der Erdoberfläche gebracht hat, wird das Raumfahrzeug innerhalb von 25 Tagen elfmal seine Triebwerke zünden.
Diese Triebwerkszündungen werden die Umlaufbahn von „Smile“ um die Erdpole schrittweise erhöhen, bis sie eine Höhe von 121 000 km über dem Nordpol und 5000 km über dem Südpol erreicht.

Sobald Smile den endgültigen Orbit erreicht hat, wird das Missionsteam das Raumfahrzeug für die wissenschaftlichen Aufgaben vorbereiten. Dazu gehört neben der Überprüfung, ob alles wie geplant funktioniert, auch das ferngesteuerte Ausfahren des Magnetometerauslegers von Smile, das Öffnen des Verschlusses seiner Röntgenkamera und das Öffnen der Abdeckung seiner Ultraviolettkamera.

Etwa drei Monate nach dem Start wird das Team die ersten Röntgen- und Ultraviolettbilder erhalten und dann endlich mit den wissenschaftlichen Untersuchungen beginnen, für die Smile konzipiert wurde. Die geplante Missionsdauer beträgt drei Jahre.
Bleiben Sie auf dem Laufenden unter esa.int/Smile.

Über Smile
Smile (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS). Smile wird mithilfe von vier wissenschaftlichen Instrumenten untersuchen, wie die Erde auf den Sonnenwind reagiert. Auf diese Weise wird Smile unser Verständnis von Sonnenstürmen, geomagnetischen Stürmen und der Weltraumwetterforschung verbessern.

Die ESA ist verantwortlich für die Bereitstellung des Nutzlastmoduls von Smile (das drei der vier wissenschaftlichen Instrumente trägt), eines der vier wissenschaftlichen Instrumente des Raumfahrzeugs (den Soft-Röntgen-Imager, SXI), der Trägerrakete sowie der Einrichtungen und Dienstleistungen für die Montage, Integration und Erprobung. Die ESA leistet einen Beitrag zu einem zweiten wissenschaftlichen Instrument (dem Ultraviolett-Imager, UVI) und zum Missionsbetrieb, sobald Smile sich in der Umlaufbahn befindet.

CAS stellt die übrigen drei wissenschaftlichen Instrumente sowie die Raumfahrzeugplattform bereit und ist für den Betrieb des Raumfahrzeugs im Orbit verantwortlich.

Smile ist Teil des „Cosmic Vision“-Programms der ESA und leistet einen wesentlichen Beitrag zur Beantwortung der Frage: „Wie funktioniert das Sonnensystem?“
Weitere Informationen finden Sie unter: https://www.esa.int/Science_Exploration/Smile

Über Vega-C
Die europäische Vega-C-Rakete kann 2300 kg ins All befördern, beispielsweise kleine wissenschaftliche Satelliten und Erdbeobachtungssatelliten. Die 35 Meter hohe Vega-C wiegt auf der Startrampe 210 Tonnen und erreicht die Umlaufbahn mit drei feststoffbetriebenen Stufen, bevor die vierte Stufe mit Flüssigtreibstoff die präzise Platzierung der Satelliten in ihre gewünschte Umlaufbahn um die Erde übernimmt.

Als Ergänzung zur Ariane-Familie, die alle Arten von Nutzlasten in ihre gewünschten Umlaufbahnen befördert, gewährleistet Vega-C, dass Europa über einen vielseitigen und unabhängigen Zugang zum Weltraum verfügt. Die ESA leitet das Vega-C-Programm und arbeitet dabei mit Avio als Hauptauftragnehmer und Konstruktionsbehörde zusammen.

Weitere Informationen finden Sie unter: https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Transportation/Vega/Vega-C

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• SMILE-Mission (ESA/China) auf Vega C

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Quelle: ESA / Science & Exploration / Human and Robotic Exploration, 9. März 2026

Eine Reise durch den Weltraum zu unternehmen, wenn die Wahrscheinlichkeit von Sonnenstürmen und Sonneneruptionen am höchsten ist, erscheint zunächst widersinnig, doch neue Forschungsergebnisse zeigen, dass eine solche Reise gerade dann sicherer ist, wenn die Sonne am aktivsten ist. Die erhöhte Sonnenaktivität fegt die energiereiche Weltraumstrahlung aus unserem Sonnensystem hinaus. Eine bemannte Marsmission während des nächsten Höhepunkts des Sonnenzyklus könnte die Belastung durch schädliche Strahlung im Vergleich zu einer Reise während eines Sonnenminimums möglicherweise um die Hälfte reduzieren.

Strahlungsmessungen des ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) der ESA bestätigen die paradoxe Erkenntnis, dass Reisen während des Sonnenmaximums der beste Zeitpunkt dafür sind. Ein internationales Forschungsteam kam zu dem Schluss, dass eine Besatzung die Hin- und Rückreise ohne Überschreitung der Strahlungsrichtlinien absolvieren könnte. Außerdem lieferten sie Schätzungen zu den Strahlungsdosen, denen eine Besatzung bei verschiedenen Missionsszenarien ausgesetzt wäre.

Strahlungsdosen für Astronauten
Eine der größten Herausforderungen bei der Entsendung von Menschen zum Mars ist ihre Exposition gegenüber Weltraumstrahlung. Ionisierende Strahlung birgt ernsthafte Gesundheitsrisiken, darunter ein erhöhtes Krebsrisiko, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Katarakte. Außerhalb des schützenden Magnetfelds der Erde könnte ein Astronaut auf einer Marsmission Strahlungsdosen ausgesetzt sein, die um ein Vielfaches höher sind als auf unserem Planeten. Die Strahlungsgrenze der ESA für die gesamte Laufbahn eines Astronauten liegt bei 1000 Millisievert, der Einheit für die effektive Dosis, die zu Schäden am menschlichen Gewebe führen kann. Höhere Dosen über kurze Zeiträume stellen akute Risiken dar, während niedrigere Dosen hauptsächlich zu langfristigen Gesundheitsrisiken beitragen.

Frühere Studien haben bereits gezeigt, dass eine Marsmission während eines Sonnenminimums die Strahlungsdosis durch galaktische kosmische Strahlung gefährlich nahe an die ESA-Grenzwerte heranbringen würde. Die neue Analyse erweitert den Umfang anhand von Daten des Liulin-MO-Dosimeters an Bord des TGO und des Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER) an Bord des Lunar Reconnaissance Orbiter über einen Zeitraum von 15 Jahren.

Kein Ort, an dem man sich verstecken kann
Auf dem Weg zum Mond und zum Mars sind Astronauten zwei Hauptquellen kosmischer Strahlung ausgesetzt: galaktischer kosmischer Strahlung und energiereichen Teilchen aus dem Sonnenwind. Erstere entsteht durch energiereiche Ereignisse außerhalb unseres Sonnensystems, wie beispielsweise Supernovae, letztere durch starke Sonneneruptionen. Während solaren energetischen Partikelströmen können sich Astronauten in ihrem Raumschiff in Sicherheit bringen. Diese Stürme sind unvorhersehbar, aber bei ausreichender Vorwarnung und Abschirmung können sich die Besatzungen in „Sturmschutzräume“ zurückziehen – Bereiche mit zusätzlicher Abschirmung. Auf der Internationalen Raumstation suchen Astronauten Zuflucht in den Schlafräumen oder in der Küche.

Es gibt jedoch keinen Ort, an dem man sich vor dem ständigen Beschuss durch galaktische kosmische Strahlung verstecken kann. Diese Teilchen bewegen sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und durchdringen sowohl die Abschirmung von Raumfahrzeugen als auch den menschlichen Körper. Wenn sie gestoppt werden, lösen kosmische Strahlen oft Schauer von Sekundärteilchen aus, die für den Menschen noch schädlicher sein können. Auf der Marsoberfläche wären Astronauten einer um bis zu 60 % geringeren Strahlenbelastung ausgesetzt als während der interplanetaren Reise. Höhlen und Lavaröhren könnten gute Lebensräume sein, um die Strahlenbelastung zu reduzieren.

Beste Reise zum Mars
Die Studie berechnete die Strahlungsdosis für simulierte Marsmissionen unter verschiedenen Sonnenaktivitätsniveaus und für drei Flugbahnen: die energieeffizienteste, aber längste Route, die energieintensivste, aber kürzeste Route und einen Kompromiss zwischen beiden.

Bei allen drei Arten nimmt die kumulative Strahlungsdosis durch kosmische Strahlung in der Nähe des Sonnenmaximums deutlich ab. Eine unruhige Sonne scheint der einzige Trost gegen galaktische kosmische Strahlung zu sein.

Das Team analysierte die Transferbahnen zum Mars in den letzten 60 Jahren und simulierte mit einem mehrschichtigen Wasserball, wie viel Strahlung die Organe im menschlichen Körper absorbieren würden. Schnellere Transferbahnen könnten die Strahlenbelastung um 55 % reduzieren, wenn sie während des Sonnenmaximums statt während des Sonnenminimums zurückgelegt würden, während Missionen mit treibstoffsparenden Flugbahnen eine Reduzierung von bis zu 45 % erzielen könnten.

„Um die Strahlungsgrenzwerte für die gesamte Berufslaufbahn einzuhalten, sollten Missionsplaner bestimmte Transferbahnen und Startfenster sorgfältig auswählen“, sagt Robert Wimmer-Schweingruber, Mitautor von der Universität Kiel, Deutschland.

Der Schutz der Astronauten bei ihren Vorstößen in den Weltraum hat für die ESA höchste Priorität. „Diese Studie hilft uns, die Schwankungen des Sonnenzyklus in klare Ziele für Missionsbahnen und Risikominderung umzuwandeln. Wir können quantifizieren, wie viel wir durch die Wahl eines bestimmten Startfensters und schnellerer Flugbahnen gewinnen können und wann wir noch bessere Abschirmungs- und Betriebskonzepte benötigen, um Marsmissionen wirklich sicherer zu machen“, sagt Anna Fogtman, Leiterin des Strahlenschutzes bei der ESA.

Artikel veröffentlicht in Space Weather am 9. März 2026, „The constraint of crewed Mars missions based on current radiation dose measurements” (Die Einschränkungen bemannter Marsmissionen auf Grundlage aktueller Strahlungsdosismessungen) von Chao Zhang und Forschern der Universität für Wissenschaft und Technologie China, der Universität Kiel in Deutschland und der Universität Michigan, USA.

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• Marsflug, Marsbasis

Der Beitrag Das Strahlungsparadoxon: Warum das Sonnenmaximum die sicherste Zeit für eine Reise zum Mars ist erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: MPS/Aktuelles/Nachrichten/Pressemitteilung/Im Feuerwerk der Sonne, 15. Januar 2026

• Den Auftakt macht MPS-Direktor Prof. Dr. Sami K. Solanki am 12. Februar 2026. Sein Vortrag „Die eruptive Sonne und ihr Einfluss auf die Erde“ bietet einen einführenden Überblick über die Aktivität der Sonne. Es geht um Eruptionen und Strahlungsausbrüche, den schwankenden Aktivitätszyklus unseres Sterns, ihren aktuellen Zustand und die Frage, was uns der Blick auf ferne Sterne über gewaltige Sonnenausbrüche, so genannte Superflares, lehren kann.
• Weniger explosiv als Sonneneruptionen, aber ebenso faszinierend ist der Sonnenwind: der stetige, nie ganz abreißende Teilchenstrom von der Sonne, der zum Teil mit Überschallgeschwindigkeiten bis an den Rand des Sonnensystems jagt. Unter dem Titel „Unsichtbar und doch zu messen: Wie der Wind von der Sonne ihre Umgebung prägt“ berichtet Prof. Dr. Hardi Peter am 12. März 2026 vom Einfluss des ständigen Sonnenteilchenbeschusses auf die Erde.
• Den wohl malerischsten Auswirkungen der Sonnenaktivität, den Polarlichtern, wendet sich Prof. Dr. Yasuhito Narita von der TU-Braunschweig am 2. April 2026 zu. In seinem Vortrag „Polarlichter: Faszination und aktuelle Forschung“ erklärt er, wie die Leuchterscheinungen am Himmel entstehen und welche Erkenntnisse Forschende daraus gewinnen können.
• Um gefährliche Auswirkungen der Sonnenaktivität geht es am 16. April 2026. In seinem Vortrag „Gefahren von Weltraumwetter für unsere moderne Infrastruktur“ berichtet Dr. Volker Bothmer vom Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen von den Problemen, zu denen heftige Sonnenstürme auf der Erde führen können.
• Auf eine Reise in die weite Vergangenheit unseres Sterns entführt Dr. Natalie Krivova vom MPS mit ihrem Vortrag „Wenn die Sonne tobt: Auf den Spuren der stärksten Sonnenstürme des Holozäns“ am 7. Mai 2026. Um zu verstehen, zu welchem Verhalten die Sonne prinzipiell fähig ist, blickt die Forscherin zurück auf die Epoche der Nacheiszeit. Gibt es Hinweise auf starke Sonnenstürme? Wie häufig kamen sie vor? Und wie lassen sie sich nach Jahrhunderten und Jahrtausenden aufspüren?
• Um Zukunftsmusik geht es im letzten Vortrag der Reihe: Mission Vigil – Weltraumwettervorhersage aus einzigartiger Perspektive. 2031 startet die ESA-Raumsonde Vigil ins All. Aus seitlicher Beobachtungsposition wird der Sonnenspäher eher als erdnahe und erdgebundene Teleskope erkennen können, wenn sich auf der Sonne gefährliches Weltraumwetter zusammenbraut. Eines der wissenschaftlichen Instrumente der Mission entsteht derzeit am MPS. Am 21. Mai 2026 gibt Dr. Johann Hirzberger vom MPS einen Überblick.

Die Vorträge finden jeweils um 19 Uhr im Auditorium des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung statt. Die Teilnahme ist kostenlos. Eine Reservierung ist nicht erforderlich.

Hinweis zum Parken: Das MPS liegt am Nordcampus der Uni Göttingen und bietet so viele Parkmöglichkeiten. Einige öffentliche Parkplätze finden sich rechts neben dem Haupteingang des Instituts. Weitere Parkplätze gibt es am nahegelegen Friedrich-Hund-Platz zwischen den Fakultäten für Chemie und Physik.

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• Vortragsreihe 2026 am MPS, Göttingen

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Quelle: NASA / Vanessa Thomas , 26. Februar 2026

Nun hat die NASA-Mission EscaPADE (Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers), die am 13. November 2025 gestartet ist, die wissenschaftlichen Instrumente in Betrieb genommen, die untersuchen sollen, wie es dazu kam und wie die Sonne den Roten Planeten weiterhin beeinflusst. Die wissenschaftlichen Instrumente, die seit dem 25. Februar alle in Betrieb sind, werden auch das Weltraumwetter in der Nähe der Erde und auf dem Weg zum Mars auf neue Weise untersuchen.

Auf dem Mars könnten die Erkenntnisse von EscaPADE auch der NASA dabei helfen, zukünftige Forscher vor den rauen Bedingungen auf dem Mars zu schützen. „Das bahnbrechende EscaPADE-Duo wird nicht nur die Rolle der Sonne bei der Umwandlung des Mars in einen unbewohnbaren Planeten untersuchen, sondern auch zur Entwicklung von Weltraumwetterprotokollen für Sonnenereignisse beitragen, wenn solche während zukünftiger bemannter Missionen zum Roten Planeten auftreten.“ sagte Joe Westlake, Direktor der Abteilung für Heliophysik am NASA-Hauptquartier in Washington. „Durch die Teilnahme an der Heliophysik-Missionenflotte im gesamten Sonnensystem wird EscaPADE eine weitere Wetterstation sein, die Menschen und Technologie im Weltraum sicherer und erfolgreicher macht.“

Erste ihrer Art
Mit ihren beiden Raumfahrzeugen ist EscaPADE die erste wissenschaftliche Mission, bei der zwei Orbiter um den Mars koordiniert werden, wodurch wir eine bisher nie dagewesene Perspektive erhalten. Gemeinsam werden die EscaPADE-Zwillinge kurzfristige Veränderungen in der magnetisierten Umgebung um den Mars, der sogenannten Magnetosphäre, messen und Echtzeitprozesse aufdecken, die den atmosphärischen Verlust des Planeten vorantreiben. „Mit zwei Raumfahrzeugen können wir Ursache und Wirkung besser verstehen – wie der Sonnenwind, wenn er auf den Mars trifft, mit dem Magnetfeld interagiert“, sagte Michele Cash, EscaPADE-Programmwissenschaftlerin im NASA-Hauptquartier.

Die EscaPADE-Orbiter bauen auf früheren Marsmissionen auf, die die Marsatmosphäre untersucht haben, jedoch nur mit einem Raumfahrzeug. „Die EscaPADE-Mission ist ein Meilenstein“, sagte Rob Lillis, der leitende Forscher der Mission an der University of California in Berkeley. „Sie verschafft uns sozusagen eine Stereoperspektive – zwei verschiedene Blickwinkel gleichzeitig.“

Sobald EscaPADE den Mars erreicht hat, werden beide Raumschiffe einander in derselben Umlaufbahn folgen und zu unterschiedlichen Zeiten über dieselben Gebiete fliegen, um herauszufinden, wann und wo Veränderungen stattfinden. „Wenn zwei Raumschiffe diese Regionen kurz hintereinander überqueren, können wir beobachten, wie sich diese Regionen in Zeiträumen von nur zwei Minuten verändern“, so Lillis. „Dadurch können wir Messungen durchführen, die zuvor nicht möglich waren.“

Nach sechs Monaten werden die beiden Raumfahrzeuge in unterschiedliche Umlaufbahnen wechseln, wobei eines weiter vom Mars entfernt fliegen und das andere näher am Mars bleiben wird. Diese zweite Formation, die fünf Monate dauern soll, zielt darauf ab, den Sonnenwind und die Mars-Magnetosphäre gleichzeitig zu untersuchen, damit Wissenschaftler in Echtzeit erforschen können, wie der Mars auf den Sonnenwind reagiert. „Frühere Raumfahrzeuge konnten sich entweder im stromaufwärts gerichteten Sonnenwind befinden oder in der Nähe des Planeten, um dessen Magnetosphäre zu messen“, sagte Lillis, „aber EscaPADE ermöglicht es uns, an zwei Orten gleichzeitig zu sein und Ursache und Wirkung gleichzeitig zu messen.“

Vorbereitung der Erforschung durch den Menschen
Wenn Menschen den Mars betreten, sind sie nicht so gut vor Sonnenstrahlung geschützt wie ihre Familien und Freunde auf der Erde. Die Erde kann den unaufhörlichen Angriffen des Sonnenwinds standhalten, weil sie über ein starkes Magnetfeld verfügt, das uns vor den energiereichen Teilchen der Sonne schützt. Das einst robuste Magnetfeld des Mars hat sich jedoch im Laufe der Zeit abgeschwächt. Heute besteht es aus einem Flickenteppich lokaler Magnetfelder in der Kruste des Planeten sowie einem sich ständig verändernden Magnetfeld, das durch die Wechselwirkung des Sonnenwinds mit geladenen Teilchen in der oberen Atmosphäre des Mars entsteht.

Diese „hybride“ Magnetosphäre bietet nur wenig Schutz vor der atmosphärenzerstörenden Kraft des Sonnenwinds. Dies und die dünne Atmosphäre des Mars ermöglichen es den energiereichen Teilchen der Sonne, die Marsoberfläche leicht zu erreichen, was zukünftige menschliche Forscher dort gefährdet. „Bevor wir Menschen zum Mars schicken, müssen wir verstehen, mit welcher Art von Umgebung diese Astronauten konfrontiert sein werden“, sagte Cash.

Darüber hinaus wird EscaPADE weitere Informationen über die Ionosphäre des Mars liefern – einen Teil der oberen Atmosphäre, den zukünftige Astronauten nutzen werden, um wie auf der Erde Funk- und Navigationssignale um den Planeten zu senden. „Wenn wir jemals GPS auf dem Mars oder Fernkommunikation nutzen wollen, müssen wir die Ionosphäre verstehen“, sagte Lillis.

Einzigartige Reise zum Mars
Bisherige Marsmissionen starteten immer dann, wenn Erde und Mars in ihren Umlaufbahnen in einer Linie standen, was nur alle 26 Monate vorkommt. EscaPADE startete jedoch früher und war damit Vorreiter einer neuen Strategie, die es ermöglicht, Raumfahrzeuge zum Mars fast jederzeit zu starten. Anstatt direkt zum Mars zu fliegen, umkreisen die Raumschiffe von EscaPADE zunächst einen Punkt im Weltraum, der eine Million Meilen von der Erde entfernt ist und Lagrange-Punkt 2 genannt wird. Im November 2026, wenn Erde und Mars in einer Linie stehen, kehren die EscaPADE-Raumschiffe zur Erde zurück und nutzen die Schwerkraft unseres Planeten, um sich in Richtung Mars zu bewegen, wo sie im September 2027 ankommen sollen.

Diese einzigartige „Loiter“-Umlaufbahn wird sich etwa 2 Millionen Meilen von unserem Planeten erstrecken, wodurch das Raumschiff EscaPADE als erstes durch einen bisher unerforschten Bereich des entfernten magnetischen Schweifs der Erde fliegen wird, der Teil der Magnetosphäre der Erde gegenüber der Sonne ist. „Wir werden einige wissenschaftliche Entdeckungen machen“, sagte Lillis. „Niemand hat jemals den Schweif der Erde aus dieser Entfernung gemessen.“

Später, während ihrer zehnmonatigen Reise zum Mars, werden die beiden Raumfahrzeuge von EscaPADE den Sonnenwind und die interplanetare magnetische Umgebung untersuchen, die auch Astronauten auf ihrem Weg zum Mars durchqueren werden, um sich auf zukünftige Reisen zum Roten Planeten vorzubereiten.

Die EscaPADE-Mission wird von der Heliophysics Division der NASA finanziert und ist Teil des Programms „Small Innovative Missions for Planetary Exploration” der NASA. Das Space Sciences Laboratory der UC Berkeley leitet die Mission mit wichtigen Partnern wie Rocket Lab, dem Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, der Embry-Riddle Aeronautical University, Advanced Space und Blue Origin.

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• EscaPADE-Mission (Blue und Gold) auf New Glenn

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Quelle: NASA, 18. Juli 2025

TRACERS wird untersuchen, wie das Weltraumwetter die Erde beeinflusst

Die Magnetosphäre der Erde schützt den Planeten vor dem ständigen Bombardement der Sonnenpartikel, dem so genannten Sonnenwind. Die magnetische Rekonnektion tritt auf, wenn der Sonnenwind mit der Magnetosphäre in Wechselwirkung tritt und bewirkt, dass sich die Magnetfeldlinien trennen und neu verbinden. Dadurch regnen Teilchen auf die Erdatmosphäre herab. Die Auswirkungen des Weltraumwetters können zu schönen Phänomenen wie dem Polarlicht führen, aber auch weltraumgestützte Infrastrukturen wie Satelliten und GPS-Systeme beeinträchtigen.
Durch die Platzierung der beiden TRACERS-Sonden in einer sonnensynchronen Umlaufbahn, so dass sie immer die Tagseite der Erde passieren, wird das Team Tausende von tagesseitigen Rückkopplungsereignissen sammeln. Da es sich um zwei Raumsonden handelt, können die Wissenschaftler durch den Vergleich der von den beiden Sonden gesammelten Daten beobachten, wie schnell sich der Prozess verändert und weiterentwickelt

Missionsübergreifende Zusammenarbeit

Das TRACERS-Missionsteam wird mit anderen Missionen zusammenarbeiten, die komplementäre Regionen und Prozesse untersuchen. Die MMS (Magnetospheric Multiscale Mission) der NASA untersucht die magnetische Rekonnexion aus dem Weltraum. Die TRACERS-Beobachtungen aus der niedrigen Erdumlaufbahn werden es den Wissenschaftlern ermöglichen, die Ergebnisse der beiden Missionen zu vergleichen.
Kürzlich gestartete Missionen wie PUNCH (Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere) und EZIE (Electrojet Zeeman Imaging Explorer) der NASA befinden sich ebenfalls in einer niedrigen Erdumlaufbahn und untersuchen den Sonnenwind und die Wechselwirkungen in der Erdatmosphäre. Durch die Kombination der Beobachtungen von PUNCH, EZIE und TRACERS werden die Wissenschaftler in der Lage sein, ein umfassenderes Verständnis davon zu gewinnen, wie die Energie aus der Sonnenatmosphäre durch die Magnetosphäre und die Atmosphäre der Erde fließt.
TRACERS wird von David Miles an der Universität von Iowa geleitet und vom Southwest Research Institute in San Antonio, Texas, verwaltet. Das Heliophysics Explorers Program Office der NASA im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, beaufsichtigt das Projekt für die Heliophysik-Abteilung im NASA-Hauptquartier in Washington, D.C. Die Universität von Kalifornien, Los Angeles, und die Universität von Kalifornien, Berkeley, leiten Instrumente auf TRACERS, die Veränderungen im Magnetfeld und im elektrischen Feld untersuchen.

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• TRACERS – Missionen auf Falcon 9

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Quelle: Universität Graz 3. April 2024.

3. April 2024 – Die Sonne verursacht einen konstanten Strom an Teilchen, den sogenannten Sonnenwind. Dieser Teilchenstrom verhält sich ähnlich wie eine Flüssigkeit, mit dem großen Unterschied, dass er ein eigenes Magnetfeld besitzt. Dadurch entstehen neue Effekte, die in klassischen Flüssigkeiten nicht angetroffen werden. Das Erdmagnetfeld schützt uns vor diesen einprasselnden Teilchen, wodurch eine turbulente Grenzschicht zwischen dem interplanetaren Raum und dem Erdmagnetfeld entsteht: die sogenannte Magnetosheath. Aufgrund dieses Magnetfeldes entstehen zwei unterschiedliche Bereiche in der Magnetosheath: Bereiche mit erhöhter Turbulenz und Energie und Bereiche mit intensiver Bildung von Wellen. Abbildung 1 (oben) zeigt die Grenzregion zwischen Erde und Sonnenwind, inklusive der beiden unterschiedlichen Regionen in der Magnetosheath.

Für die Erforschung der Effekte und Auswirkungen auf die Erde ist es essentiell, diese zwei Bereiche richtig zu klassifizieren. Wir konnten in dieser aktuellen Studie zeigen, dass klassische Klassifizierungsmethoden versagen, wenn schnelle Teilchenströme von der Sonne kommen. Die Ursache liegt in der erhöhten Energie der Teilchen im Sonnenwind. Abbildung 2 zeigt anhand von Beispielen und statistischen Ergebnissen die unterschiedliche Verteilung der hochenergetischen Teilchen durch unterschiedliche Arten von Sonnenwind. Die Arbeit zeigt die Grenzen von bisherigen Klassifizierungsmethoden auf und weist den Weg, um diese Hindernisse in zukünftigen Studien zu überwinden. Der interdisziplinäre Ansatz hilft dabei, Missinterpretationen in der Erforschung des erdnahen Raums mithilfe des Inputs aus der Sonnenphysik zu verhindern.

Die Ergebnisse entstanden in Kollaboration des Instituts für Physik, Universität Graz mit dem Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Maryland, USA. Das Projekt wird finanziell unterstützt durch den FWF im Projekt P33285-N in Zusammenarbeit mit dem Institut der Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

Originalpublikation:
Florian Koller, Savvas Raptis, Manuela Temmer, Tomas Karlsson
The Effect of Fast Solar Wind on Ion Distribution Downstream of Earth’s Bow Shock.
The Astrophysical Journal Letters. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad2ddf
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad2ddf/pdf

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• Sonnenwind

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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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• Unsere Sonne

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Quelle: AIP 3. August 2023.

3. August 2023 – Die Forschenden fanden heraus, dass Sterne mit stärkeren Magnetfeldern stärkere Winde erzeugen. Diese Winde können ungünstige Bedingungen für das Überleben von Planetenatmosphären schaffen und damit die mögliche Bewohnbarkeit dieser Systeme beeinträchtigen.

Die Sonne gehört zu den am häufigsten vorkommenden Sternen im Universum, die als „kühle Sterne“ bezeichnet werden. Diese Sterne werden in vier Kategorien unterteilt (Typ F, G, K und M), die sich in Größe, Temperatur und Helligkeit unterscheiden. Die Sonne ist ein ziemlich durchschnittlicher Stern und gehört zur Kategorie G. Sterne, die heller und größer als die Sonne sind, gehören zur Kategorie F, und K-Sterne sind etwas kleiner und kühler als die Sonne. Die kleinsten und schwächsten Sterne sind die M-Sterne, die aufgrund der Farbe, in der sie das meiste Licht aussenden, auch als „rote Zwerge“ bezeichnet werden.

Satelliten-Beobachtungen haben gezeigt, dass die Sonne neben Licht auch einen anhaltenden Strom von Teilchen aussendet, der als Sonnenwind bekannt ist. Diese Winde durchqueren den interplanetaren Raum und interagieren mit den Planeten des Sonnensystems, einschließlich der Erde. Das wunderschöne Schauspiel der Polarlichter in der Nähe der Pole wird durch diese Wechselwirkung erzeugt. Diese Winde können jedoch auch schädlich sein, da sie eine stabile Planetenatmosphäre zerstören können, wie es auf dem Mars der Fall war. Während über den Sonnenwind viel bekannt ist – unter anderem dank Missionen wie Solar Orbiter –, gilt dies nicht für andere kühle Sterne. Das Problem besteht darin, dass wir diese Sternwinde nicht direkt sehen können, so dass wir uns auf die Untersuchung ihres Einflusses auf das dünne Gas beschränken müssen, das den Raum zwischen den Sternen in der Galaxie füllt. Dieser Ansatz hat jedoch mehrere Einschränkungen und ist nur auf einige wenige Sterne anwendbar. Aus diesem Grund werden Computersimulationen und Modelle eingesetzt, um die verschiedenen Eigenschaften der Sternwinde vorherzusagen, ohne dass Astronominnen und Astronomen sie beobachten müssen.

In diesem Zusammenhang haben die Doktorandin Judy Chebly, der Wissenschaftler Dr. Julián D. Alvarado-Gómez und die Abteilungsleiterin Prof. Dr. Katja Poppenhäger aus der Abteilung Sternphysik und Exoplaneten am AIP in Zusammenarbeit mit Cecilia Garraffo vom Center for Astrophysics am Harvard & Smithsonian die erste systematische Studie der Eigenschaften von Sternwinden erstellt, die für F-, G-, K- und M-Sterne erwartet werden. Die numerischen Simulationen wurden mit den Supercomputern des AIP und des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) durchgeführt, wobei eines der anspruchsvollsten derzeit verfügbaren Modelle verwendet wurde.

Das Team untersuchte, wie sich die Eigenschaften der Sterne, wie Schwerkraft, Magnetfeldstärke und Rotationsdauer, auf die Windeigenschaften in Form von Geschwindigkeit oder Dichte auswirken.

Die Ergebnisse umfassen eine vollständige Charakterisierung der Eigenschaften des Sternwinds über alle Sterntypen hinweg, und zeigen, dass frühere Annahmen zu den Sternwindgeschwindigkeiten überdacht werden müssen, wenn die damit verbundenen Massenverluste aus Beobachtungen geschätzt werden. Darüber hinaus ermöglichen die Simulationen die Vorhersage der erwarteten Größe der Alfvén-Oberfläche – der Grenze zwischen der Korona des Sterns und seinem Sternwind. Diese Informationen sind von grundlegender Bedeutung, um festzustellen, ob ein Planetensystem möglicherweise starken magnetischen Stern-Planeten-Wechselwirkungen ausgesetzt ist, die auftreten können, wenn die Planetenbahn in die Alfvén-Oberfläche des Sterns eintritt oder vollständig darin eingebettet ist.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass Sterne mit Magnetfeldern, die größer sind als die der Sonne, schnellere Winde haben. In einigen Fällen können die Sternwindgeschwindigkeiten bis zu fünfmal schneller sein als die durchschnittliche Sonnenwindgeschwindigkeit, die typischerweise 450 km/s beträgt. Im Rahmen der Untersuchung wurde ermittelt, wie stark die Winde dieser Sterne in den so genannten „habitablen Zonen“ sind, d. h. in den Entfernungen, in denen felsige Exoplaneten bei einem erdähnlichen atmosphärischen Druck flüssiges Wasser an der Oberfläche haben könnten. In der Nähe von Sternen des F- und G-Typs herrschen mildere Bedingungen, vergleichbar mit denen, die die Erde in der Nähe der G-Typ-Sonne vorfindet, während die Winde bei Sternen des K- und M-Typs zunehmend schroffer werden. Solch kräftige Sternwinde wirken sich stark auf eine mögliche Atmosphäre des Planeten aus.

Dieses Phänomen ist in der Sonnenphysik zwischen Gesteinsplaneten und der Sonne gut dokumentiert, aber nicht im Fall von Exoplaneten-Systemen. Dies erfordert Schätzungen des Sternwindes, um ähnliche Prozesse zu bewerten, wie wir sie zwischen dem Sonnenwind und den Planetenatmosphären beobachten. Informationen über den Sternwind waren bisher für Hauptreihen-Sterne der Klassen F bis M nicht bekannt, was diese Studie im Zusammenhang mit der Habitabilität wichtig macht. Die hier vorgestellte Arbeit wurde für 21 Sterne durchgeführt, aber die Ergebnisse sind allgemein genug, um auf andere kühle Hauptreihensterne angewendet zu werden. Diese Untersuchung ebnet den Weg für künftige Forschungen zur Beobachtung von Sternwinden und deren Einfluss auf die Erosion von Planetenatmosphären.

Über das AIP
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Originalveröffentlichung
Judy J Chebly, Julián D Alvarado-Gómez, Katja Poppenhäger, Cecilia Garraffo, Numerical quantification of the wind properties of cool main sequence stars, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 524, Issue 4, October 2023, Pages 5060–5079.
DOI: doi.org/10.1093/mnras/stad2100,
https://academic.oup.com/mnras/article/524/4/5060/7226714,
https://arxiv.org/abs/2307.04615;

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• Exoplaneten

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 28. Juli 2023.

28. Juli 2023 – Etwa drei Monate nach dem Start der ESA-Raumsonde JUICE ins All haben die wissenschaftlichen Instrumente, die das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen mit auf die lange Reise zum Jupiter schickt, ihre ersten Bewährungsproben bestanden. Beide Instrumente haben bewiesen, dass sie unter Weltraumbedingungen voll funktionstüchtig sind, und erste wissenschaftliche Messdaten zur Erde geschickt. So hat der Jovian Electron and Ion Sensor (JEI) des Particle Environment Package (PEP) Teilchen des Sonnenwindes „geschmeckt“ und das Submillimetre Wave Instrument (SWI) Wasserdampf in der Erdatmosphäre identifiziert. Besonders für SWI verliefen die ersten Schritte im All jedoch ganz anders als erwartet.

Als sich wenige Tage nach dem erfolgreichen Raketenstart Mitte April der 16 Meter lange Antennenausleger des JUICE-Instrumentes Radar for Icy Moon Exploration (RIME) nicht ausklappen ließ, begann auch für das SWI-Team das erste Abenteuer auf dem Weg zum Jupiter. „Teile von SWI und RIME sind an Bord der Raumsonde eng benachbart – und somit eine Art Schicksalsgemeinschaft“, so Dr. Ali Ravanbakhsh vom MPS, Projektmanager des SWI-Instrumentes. Die Bemühungen der ESA und des RIME-Teams, den klemmenden Verschlussstift der Antenne doch noch zu lösen, wirkten sich deshalb auch auf SWI aus. „Alle Schritte musste auch von unserer Seite gut bedacht werden. Deshalb war es nötig, SWI deutlich früher als geplant in Betrieb zu nehmen“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Paul Hartogh, wissenschaftlicher Leiter des SWI-Teams. Normalerweise steht der Plan, in welchen Schritten ein Instrument angeschaltet, in Betrieb genommen und getestet wird, Monate im Voraus fest; jetzt war alles anderes – und musste viel schneller gehen.

Zudem kamen Anforderungen auf SWI zu, die ursprünglich nicht vorgesehen waren. Um etwaiges Eis auf dem verklemmten RIME-Mechanismus abzutauen, entschied sich die ESA dafür, die Raumsonde zur Sonne zu drehen. „Eine solches Manöver in solch geringem Abstand zur Sonne war nie Teil des Missionsplans“, so Hartogh. Um sicher zu sein, dass SWI keinen Schaden nehmen würde, musste das SWI-Team so schnell wie möglich modellieren, wie das Instrumente auf die starke Sonneneinstrahlung reagieren würde – und konnte schließlich für das Manöver grünes Licht geben. Als am 12. Mai 2023 die RIME-Antenne endlich gelöst werden konnte, war das auch für das SWI-Team eine befreiende Nachricht. „Wir freuen uns sehr, dass wir die Kolleginnen und Kollegen von der ESA und des RIME-Teams unterstützen konnten und dass JUICE vor Ort im Jupitersystem nun sein gesamtes wissenschaftliches Potential wird ausschöpfen können“, so Ravanbakhsh.

Vorsichtiges Herantasten
Trotz der gebotenen Eile und der straffen Zeitpläne ist eine Inbetriebnahme im All immer ein schrittweiser, vorsichtiger Prozess. „Das Instrument muss sich zum ersten Mal unter echten Weltraumbedingungen bewähren. Da will man kein Risiko eingehen und nähert sich erst vorsichtig dem vollen Betriebsmodus an“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Markus Fränz vom PEP-JEI-Team. So könnten etwa Gasrückstände vom Bau der Sonde, die im All nach und nach ausgasen, im JEI-Sensor zu Spannungsüberschlägen führen und das Instrument beschädigen. Das Team erhöhte deshalb die Spannungen, mit denen der Sensor betrieben wird, erst schrittweise und fuhr das Instrument auch zunächst sehr langsam und vorsichtig wieder herunter. Mit Erfolg: Mittlerweile ist die Inbetriebnahme von PEP-JEI abgeschlossen; der Sensor konnte sein Können bei niedrigen und mittleren Spannungen unter Beweis stellen. Aus Sicherheitsgründen wird PEP-JEI erst im Januar 2024 mit den höchsten Spannungen betrieben. Auch die anderen fünf Sensoren von PEP haben die Inbetriebnahme erfolgreich beendet.

Für PEP-JEI liegen bereits erste wissenschaftliche Daten vor. So konnten Protonen und Alpha-Teilchen des Sonnenwindes detektiert werden. Der stetige Teilchenstrom von der Sonne umströmt die Raumsonde JUICE ständig auf ihrem Weg zum Jupiter. „Da PEP nicht direkt in Richtung des anströmenden Sonnenwindes schaut, hatten wir mit solchen Messdaten nicht unbedingt gerechnet“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Norbert Krupp. „Durch den großen Geschwindigkeitsunterschied zwischen Sonde und Sonnenwind erreichen dennoch einige Teilchen unseren Sensor. Nun wissen wir, dass unser Instrument auch im Weltall funktioniert“, fügt er hinzu.

Auch SWI konnte erste Messungen durchführen. Am 27. Juni 2023 hat SWI aus einer Entfernung von etwa 22 Millionen Kilometern erste Wasserdampfspektren der Erdatmosphäre aufgenommen. Aus den Daten lassen sich Informationen über den Temperaturverlauf und die Höhenverteilung des Wasserdampfs ableiten. „Die jüngsten Messdaten von SWI zeigen uns, wie empfindlich das Instrument misst. Wir erwarten deshalb, bereits aus einer Entfernung von mindestens 250 Millionen Kilometern Wasserdampf in der Jupiteratmosphäre nachweisen zu können“, so Hartogh.

„Trotz der umfangreichen Tests, die alle Instrumente vor dem Missionsstart durchlaufen, ist die Inbetriebnahme im All immer auch ein Art Lernprozess“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Elias Roussos, der die Kommandos, die das ESA-Kontrollzentrum in Darmstadt zu PEP-JEI sendete, überwachte. „Wir lernen unser Instrument noch einmal ganz neu kennen.“ Um kleinere Anpassungen vorzunehmen, die eventuell nötig sind, bleibt noch viel Zeit. Erst im Januar nächsten Jahres gibt es für das SWI- und das PEP-JEI-Team wieder Gelegenheit, umfangreichere Tests durchzuführen. Und bis JUICE das Jupitersystem erreicht, vergehen noch acht Jahre.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 18. Juli 2023.

18. Juli 2023 – Die Polarlichter des Merkurs sind nicht wie die der Erde mit dem bloßen Auge sichtbar, sondern strahlen ausschließlich Röntgenlicht aus. In der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications beschreibt eine Forschergruppe, zu der auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen zählen, wie Sonnenwind-Elektronen auf dem Planeten prasseln und so das hochenergetische Leuchten auslösen. Dafür wertete das Team Daten aus, welche die europäisch-japanische Raumsonde BepiColombo bei ihrem Vorbeiflug am Merkur Anfang Oktober 2021 aufgenommen hatte. Die Auswertungen zeichnen erstmals detailliert nach, wie die Polarlichter des sonnennächsten Planeten entstehen. Zudem legen die Daten nahe, dass trotz unterschiedlichster Bedingungen im Sonnensystem, Polarlichter immer auf denselben Prozess zurückzuführen sind.

Neben der Erde schmücken sich auch andere Planeten im Sonnensystem mit einem auffälligen Leuchten über ihren Polarregionen. Die gewaltigen Polarlichter des Jupiters etwa erstrecken sich über eine Fläche mit einem Durchmesser von mehr als 40.000 Kilometern. Dass am Nord- und Südpol des Merkurs extrem energiereiche Röntgenpolarlichter auftreten können, hatten bereits die amerikanischen Raumsonden Mariner 10 in den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts und MESSENGER in der Zeit von 2011 bis 2015 beobachtet. Wie auf der Erde lösen geladene Teilchen des Sonnenwinds, die im Magnetfeld des Planeten eingefangen werden, das Phänomen aus. Während auf der Erde die Sonnenwind-Teilchen jedoch auf die Atmosphäre treffen und dort Moleküle ionisieren, bietet der Merkur keine solch schützende Hülle. Ihn umgibt nur eine so genannte Exosphäre, eine ausgesprochen dünne Gasschicht. Die Sonnenwindteilchen treffen deshalb direkt auf die Oberfläche des Planeten.

Vorbeiflug mit guter Sicht
„Wie genau die Polarlichter des Merkurs entstehen, war bisher nicht geklärt“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Markus Fränz, Koautor der aktuellen Studie und Mitglied im Team des BepiColombo-Instruments Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE). Die Flugbahnen von Mariner 10 und MESSENGER ließen lediglich einen Blick auf die Nordhalbkugel des Planeten zu. Zudem konnten beide Missionen nicht die Elektronen in der Umgebung des Merkurs untersuchen. Ein vollständiges Bild des Entstehungsprozesses konnte sich so nicht ergeben. Die neuen Messdaten von BepiColombo schaffen nun eine völlig neue Situation.

Im Oktober 2018 startete die Merkursonde BepiColombo ins All und wird 2025 in eine Umlaufbahn um den Merkur einschwenken. Bis zur Ankunft stehen insgesamt sechs Vorbeiflüge am Zielplaneten im Missionsplan; der erste ereignete sich im Oktober 2021. Aus einer Entfernung von etwa 200 Kilometern hatte dabei das Instrument MPPE Gelegenheit, Verteilung und Energien der Teilchen in der Umgebung des Merkur genau zu bestimmen. Das Instrument besteht aus mehreren Sensoren, von denen jeder auf Teilchen einer bestimmten Sorte und Geschwindigkeit spezialisiert ist. Das MPS hat zu Entwicklung und Bau des Massenspektrometers von MPPE beigetragen.

Ein „Regen“ aus Elektronen
Beim Vorbeiflug vor 21 Monaten konnte MPPE erstmals Messungen über der nördlichen Nachtseite sowie erstmals über der Tagseite der Südhalbkugel durchführen und so die Struktur der Magnetosphäre, des Einflussbereichs des planetaren Magnetfeldes, und ihrer Grenze, der Magnetopause, bestimmen. Wie bei der Erde ist die Merkur-Magnetosphäre auf der sonnenabgewandten Seite zu einem langen Schwanz verzerrt; auf der sonnenzugewandten Seite zeigte sie sich stark gestaucht. „Der Sonnenwind muss zum Zeitpunkt der Messungen besonders kräftig gewesen sein“, folgert MPS-Wissenschaftler Dr. Norbert Krupp, ebenfalls Koautor der Studie und Mitglied des MPPE-Teams.

Zudem konnte MPPE den Entstehungsprozess der Merkur-Polarlichter genau nachverfolgen. Aus dem Schwanz der Magnetosphäre kommend bewegen sich hochenergetische Elektronen entlang der Magnetfeldlinien auf den Planeten zu. Dort „regnen“ sie auf ihn hinunter und wechselwirken so an den Polen mit dem Material an seiner Oberfläche. Dabei werden Moleküle ionisiert, die ihrerseits als Folge hochenergetische Röntgenstrahlung abstrahlen.

„Zum ersten Mal konnten wir beobachten, wie Elektronen in der Magnetosphäre des Merkurs beschleunigt und auf die Planetenoberfläche geschleudert werden. Obwohl die Magnetosphäre des Merkurs viel kleiner ist als die der Erde und eine andere Struktur und Dynamik aufweist, haben wir die Bestätigung, dass der Mechanismus, der Polarlichter erzeugt, im gesamten Sonnensystem der gleiche ist“, so Erstautorin Dr. Sae Aizawa vom Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie im französischen Toulouse. Seit Kurzem forscht die Wissenschaftlerin am Institute of Space and Astronautical Science der japanischen Weltraumbehörde JAXA und an der Universität von Pisa in Italien.

In den nächsten Jahren wir BepiColombo noch dreimal dicht am Merkur vorbeifliegen. Die nächste Begegnung ist für September nächsten Jahres (2024) geplant.

Originalveröffentlichung
Sae Aizawa et al.: Direct evidence of substorm-related impulsive injections of electrons at Mercury, Nature Communications, 18. Juli 2023, dx.doi.org/10.1038/s41467-023-39565-4,
https://www.nature.com/articles/s41467-023-39565-4,
pdf: https://www.nature.com/articles/s41467-023-39565-4.pdf.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 25. November 2022.

25. November 2022 – Mit Hilfe von Messdaten der amerikanischen Wettersatelliten GOES hat ein Forscherteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) einen wichtigen Schritt getan, der Sonne eines ihrer hartnäckigsten Geheimnisse zu entlocken: Wie gelingt es unserem Stern, den Sonnenwind ins All zu schleudern? Die Messdaten erlauben einen einzigartigen Blick auf eine Schlüsselregion in der Sonnenkorona, zu der Forschende bisher kaum Zugang hatten. Dort hat das Team erstmals ein dynamisches Netz langgezogener, verwobener Plasmastrukturen sichtbar gemacht. Zusammen mit Daten anderer Raumsonden und umfangreichen Computersimulationen zeigt sich ein klares Bild: Dort, wo die langen Fäden des koronalen Netzes wechselwirken, entlädt sich magnetische Energie – und Teilchen entweichen ins All. Das Team, zu dem auch Forscher des Southwest Research Institute (Boulder, USA), der Predictive Science Inc. (San Diego, USA) und dem Goddard Space Flight Center der NASA (Greenbelt, USA) gehören, berichtet von seinen Ergebnissen in der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

Die Wettersatelliten GOES (Geostationary Operational Environmental Satellites) der Wetter- und Ozeanographiebehörde (NOAA) der USA haben traditionell anderes als die Sonne im Sinn. Seit 1974 kreist das Satellitensystem in einer Höhe von etwa 36.000 Kilometern um unseren Planeten und liefert ununterbrochen erdbezogene Daten etwa zur Wetter- und Sturmvorhersage. Im Laufe der Jahre wurde die ursprüngliche Konfiguration um neuere Satelliten erweitert. Die drei jüngsten Mitglieder der Satellitenfamilie, die derzeit in Betrieb sind, sind zusätzlich mit Instrumenten ausgestattet, die zur Vorhersage des Weltraumwetters auf die Sonne schauen. Sie können die ultraviolette Strahlung aus der Korona unseres Sterns abbilden.

Eine besondere Messkampagne fand im August und September 2018 statt. Ihr Ziel war es, die ausgedehnte Sonnenkorona abzubilden. Mehr als einen Monat lang schaute das GOES-Sonneninstrument Solar Ultraviolet Imager (SUVI) nicht nur so wie sonst direkt auf die Sonne, sondern fing auch Aufnahmen ein, die seitlich versetzt waren. „Wir hatten die seltene Gelegenheit, das Instrument auf ungewöhnliche Weise einzusetzen und so eine Region zu beobachten, die noch nicht wirklich erforscht wurde“, sagt Dr. Dan Seaton vom Southwest Research Institute, der während der Beobachtungskampagne als leitender Wissenschaftler für SUVI tätig war. „Wir wussten nicht einmal, ob es funktionieren würde, aber wir wussten, dass wir wichtige Entdeckungen machen würden, wenn es funktioniert.

Durch Zusammensetzen der Bilder aus den verschiedenen Blickwinkeln ließ sich das Sichtfeld des Instrumentes deutlich vergrößern und so erstmals die komplette mittlere Korona, eine Schicht der Sonnenatmosphäre, die 350.000 Kilometer (also etwa einen halben Sonnenradius) oberhalb der sichtbaren Sonnenoberfläche beginnt, im ultravioletten Licht abbilden.

Andere Raumsonden, welche die Sonne untersuchen und Daten aus der Korona sammeln, wie etwa die NASA-Sonde Solar Dynamics Observatory (SDO) oder das Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) von NASA und ESA, blicken in tiefer- oder höherliegende Schichten. „In der mittleren Korona hatte die Sonnenforschung bisher eine Art blinden Fleck. Die GOES-Daten sorgen hier für eine deutliche Verbesserung“, so Dr. Pradeep Chitta vom MPS, Erstautor der neuen Studie. In der mittleren Korona vermuten Forscherinnen und Forscher Prozesse, die den Sonnenwind antreiben und modulieren.

Mit Überschallgeschwindigkeit durchs All
Der Sonnenwind ist eines der raumgreifendsten Merkmale unseres Sterns. Der Strom aus geladenen Teilchen, den die Sonne ins All schleudert, strömt bis an den Rand unseres Sonnensystems und erzeugt so die Heliosphäre, eine Blase dünnen Plasmas, das den Einflussbereich der Sonne markiert. Je nach Geschwindigkeit wird der Sonnenwind in eine schnelle und langsame Komponente unterteilt. Der so genannte schnelle Sonnenwind, der Geschwindigkeiten von mehr als 500 Kilometern pro Sekunde erreicht, stammt aus dem Inneren der koronalen Löcher. Das sind Regionen, die in der ultravioletten Strahlung aus der Korona dunkel erscheinen. Wo der langsame Sonnenwind seinen Ursprung nimmt, ist unklarer. Doch selbst diese langsameren Teilchen rasen mit Überschallgeschwindigkeiten von 300 bis 500 Kilometern pro Sekunde durchs All.

Diese langsame Komponente des Sonnenwindes wirft noch immer viele Fragen auf. Mehr als eine Million Grad heißes Plasma aus der Korona muss der Sonne entkommen, um den langsamen Sonnenwind zu bilden. Welcher Mechanismus ist hier am Werk? Zudem ist der langsame Sonnenwind nicht homogen, sondern offenbart zumindest teilweise eine strahlenartige Feinstruktur. Wo und wie entsteht sie? Diesen Fragen geht die neue Studie nach.

Ein Blick in die mittlere Korona
In den GOES-Daten zeigt sich in Äquatornähe eine Region, die das besondere Interesse der Forscherinnen und Forscher weckte: zwei koronale Löcher, von denen der Sonnenwind ungehindert fortströmt, in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Bereich hoher Magnetfeldstärke. Wechselwirkungen zwischen Systemen wie diesen gelten als mögliche Ausgangspunkte für den langsamen Sonnenwind. Oberhalb dieser Region durchziehen langgezogene, radial nach außen weisende Plasmastrukturen die mittlere Korona. Als koronales Netz bezeichnet das Autorenteam das Phänomen, das mit Hilfe der GOES-Satelliten jetzt erstmals direkt abgebildet wird. Das Netz ist ständig in Bewegung: Seine langgezogenen Strukturen kreuzen einander und gruppieren sich um.

Eine ähnliche Architektur des Sonnenplasmas kennen Forscherinnen und Forscher seit Langem aus der äußeren Korona. Aufnahmen aus diesem Bereich im sichtbaren Licht liefert seit Jahrzehnten der Koronograph LASCO (Large Angle and Spectrometric Coronagraph) an Bord der Raumsonde SOHO, die im vergangenen Jahr ihr 25-jähriges Dienstjubiläum feierte. Die strahlenartigen Ströme in der äußeren Korona deuten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler als Feinstruktur des langsamen Sonnenwindes, der in der äußeren Korona seine Reise ins All beginnt. Wie die neue Studie nun eindrucksvoll zeigt, herrscht diese Feinstruktur bereits in der mittleren Korona vor.

Einfluss des solaren Magnetfeldes
Um das Phänomen besser zu verstehen, wertete das Forscherteam auch Daten weiterer Raumsonden aus: Der NASA-Sonnenspäher Solar Dynamics Observatory (SDO) ermöglichte den zeitgleichen Blick auf die Oberfläche der Sonne; die Raumsonde STEREO-A, die seit 2006 der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne vorauseilt, bot eine Perspektive von der Seite.

Mit modernen Berechnungsmethoden, die Beobachtungsdaten von der Sonne einbeziehen, können Forscherinnen und Forscher mit Hilfe von Supercomputern realistische 3D-Modelle des schwer fassbaren Magnetfelds in der Sonnenkorona erstellen. In dieser Studie verwendete das Team ein modernes magnetohydrodynamisches (MHD) Modell, um das Magnetfeld und den Plasmazustand der Korona für diesen Zeitraum zu simulieren. „Dies hat uns geholfen, die faszinierende Dynamik, die wir in der mittleren Korona beobachtet haben, mit den vorherrschenden Theorien über die Entstehung des Sonnenwindes zu verbinden“, sagt Dr. Cooper Downs von Predictive Science Inc., der die Computersimulationen durchgeführt hat.

Wie die Rechnungen nahelegen, folgen die Plasmastrukturen des koronalen Netzes dem Verlauf der Magnetfeldlinien. „Wir gehen davon aus, dass sich die Architektur des Magnetfeldes auf den langsamen Sonnenwind überträgt und eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung der Sonnenwindteilchen ins All spielt“, so Chitta. Demnach fließt das heiße Sonnenplasma in der mittleren Korona entlang der offenen Magnetfeldlinien des koronalen Netzes. Wo sich die Feldlinien kreuzen und wechselwirken, wird Energie frei.

Viel spricht dafür, dass die Forscherinnen und Forscher einem grundsätzlichen Phänomen auf der Spur sind. „In Phasen hoher Sonnenaktivität treten in Äquatornähe koronale Löcher häufig in unmittelbarer Nachbarschaft zu Gebieten hoher Magnetfeldstärke auf“, so Chitta. „Das koronale Netz, das wir beobachtet haben, dürfte deshalb kein Einzelfall sein“, fügt er hinzu.

Weitere und detaillierte Erkenntnisse erhofft sich das Team von künftigen Sonnenmissionen. Einige von ihnen wie etwa die für 2024 geplante ESA-Mission Proba-3 sind mit Instrumenten ausgerüstet, die speziell die mittlere Korona ins Visier nehmen. Das MPS ist an der Verarbeitung und Auswertung der Daten beteiligt. Zusammen mit Messdaten von bereits aktiven Sonden wie der Parker Solar Probe der NASA und dem Solar Orbiter der ESA, die die Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde verlassen, wird so ein besseres Verständnis der dreidimensionalen Struktur des koronalen Netzes möglich.

Originalpublikation:
L.P. Chitta, D.B. Seaton, C. Downs, C.E. DeForest, A.K. Higginson:
Direct observations of a complex coronal web driving highly structured slow solar wind,
Nature Astronomy, 24. November 2022, https://www.nature.com/articles/s41550-022-01834-5

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Quelle: TU Ilmenau 21. Juli 2022.

21. Juli 2022 – Mit der Förderung von 2,5 Millionen Euro für fünf Jahre kann der Forscher nun mit Hilfe von Super- und Quantencomputern Strömungen berechnen und analysieren, wie sie beispielsweise nahe der Sonnenoberfläche auftreten. Der verstärkte Einsatz von Künstlicher Intelligenz könnte in Zukunft zu verbesserten Modellen der Sonnenaktivität und zu präziseren Wetter- und Klimavorhersagen führen. Das MesoComp-Projekt startet voraussichtlich im Januar 2023.

Mesoskalenkonvektion ist das Schlagwort der Spitzenforschung von Prof. Jörg Schumacher, Leiter des Fachgebiets Strömungsmechanik an der TU Ilmenau und Fellow der American Physical Society. In der Meteorologie spricht man von einem mesoskaligen konvektiven System, wenn sich zum Beispiel Gewitter zu einem größeren Gewitterkomplex zusammenschließen, der mehrere Stunden lang existiert. Weil die Turbulenzen in der Atmosphäre scheinbar chaotisch sind und sich rasch verändern, ist es heute noch schwierig, solche gigantischen Wetterphänomene rasch und zuverlässig vorherzusagen. In globalen Zirkulations- und Klimamodellen, die die Langzeitentwicklung der gesamten Erdatmosphäre beschreiben, fallen diese Mesoskalenkonvektionsprozesse immer noch durch das grobe Rechengitternetz, mit dem Wissenschaftler unsere Erdkugel umspannt haben. In die globalen Zirkulations- und Klimamodelle werden sie, stark vereinfacht, als zusätzliche Wärmeströme eingebaut. Eben diese Modellierung der Prozesse möchte das Projekt MesoComp verbessern. Dazu müssen die Wissenschaftler aber erst die Ursache der scheinbar geordneten Strömungsmuster herausfinden.

Was in der Erdatmosphäre Gewittercluster oder Wolkenstraßen sind, sind nahe der Sonnenoberfläche sogenannte Granulen. Zusammengeschlossen bilden sie riesige, 30.000 Kilometer große Strömungszellen mit einer Lebensdauer von einem Tag. Am Rande solcher Supergranulen treten eruptionsartig dicke Bündel von Magnetfeldlinien aus dem Innern der Sonne in die Sonnencorona hervor. Bei Sonnenstürmen gelangen dann große Mengen energetischer Teilchen in den Sonnenwind in Richtung Erde und können dort große Schäden anrichten: Satelliten können zerstört und sogar ganze elektrische Stromnetze zum Zusammenbruch gebracht werden. Auch das Auftreten dieser Sonnenaktivitäten kann derzeit nicht zuverlässig vorhergesagt werden, da die Bildung der Supergranulen durch Mesoskalenkonvektion noch nicht verstanden ist.

Um schnellere und präzisere Vorhersagen über das Verhalten solcher Strömungsturbulenzen zu ermöglichen, bringt Prof. Jörg Schumacher Ordnung in das Chaos. Anhand numerischer Forschungsmodelle analysiert er mithilfe von Hochleistungsrechnern die, wie Fachleute sie nennen, „geordneten Konvektionsmuster“ Wolken und Granulen. Doch sind solche Modellierungen der Mesoskalenkonvektion immer noch die größte Quelle von Unsicherheiten für präzisere Prognosen der globalen Erderwärmung und folglich auch der Häufigkeit von Extremwetterlagen. Bei Rechenaufgaben der Dimension, die der Ilmenauer Wissenschaftler lösen will, stoßen selbst Hochleistungscomputer heutiger Zeit an ihre physikalischen Grenzen.

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen bietet der Strömungsforschung nun vollkommen neue Möglichkeiten, effektive Modellierungen nicht nur zu denken, sondern auch durchzuführen – und so ein ganz neues Verständnis grundlegender turbulenter Strömungen zu gewinnen. Komplexere Aufgaben in kürzerer Zeit zu bewältigen, als herkömmliche Rechencluster, das schaffen theoretisch die um ein Vielfaches leistungsfähigeren Quantencomputer. Für seine Forschungsarbeiten wird Prof. Schumacher auch den Quantencomputer verwenden, der von dem IT-Konzern IBM im baden-württembergischen Ehningen installiert wurde und vom Fraunhofer Kompetenznetzwerk Quantumcomputing betrieben wird – den laut IBM „leistungsstärksten Quantencomputer Europas“.

Der Advanced Grant des Europäischen Forschungsrats (European Research Council, ERC) unterstützt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Disziplinen, die sich bereits als führende Forscherinnen und Forscher etabliert haben und über eine anerkannte Erfolgsbilanz von Forschungsleistungen verfügen. Er wird, anders als die meisten sonstigen Forschungsförderungen, nicht an Forschergruppen, sondern an Einzelpersonen vergeben. ERC-Grants sind 100-prozentige Förderungen, die alles abdecken, was in einem Projekt anfällt: Personalkosten, Equipment, Verbrauchsmaterialien, Reisen, Publikationen, Unteraufträge usw. Der Strömungsforscher der TU Ilmenau Prof. Jörg Schumacher setzte sich mit seinem MesoComp-Projekt in einem zweistufigen Auswahlverfahren gegen über 1.700 Einreichungen aus der gesamten EU aus allen Wissenschaftsgebieten durch. Zur zweiten Stufe wurde nur ein Drittel der Einreichungen zugelassen, gefördert werden nun nur 253 Projekte – darunter das Projekt von Prof. Schumacher.

Ob die hohen Erwartungen in die neue Technologie Quantumcomputing erfüllt werden können, auch das will Professor Jörg Schumacher im MesoComp-Projekt klären. Denn obwohl die Computerchips schon unter minus 273 Grad Celsius gekühlt werden, um alle möglichen Rauscheffekte zu unterbinden, sind Quantencomputer noch sehr störanfällig. Doch der technische Fortschritt auf diesem Gebiet ist rasant. Allein die Bundesregierung investiert in den kommenden Jahren mehr als zwei Milliarden Euro in diese Zukunftstechnologie. Prof. Schumacher ist zuversichtlich, mit Methoden der Künstlichen Intelligenz datengetriebene Modelle der Mesoskalenkonvektion zu entwickeln, die präzisere und schnellere Vorhersagen ermöglichen werden: „Werden in zehn Jahren Klimamodellierungen auf Quantencomputern laufen? Die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen und die damit zusammenhängende Forschung ist riskant. Aber ich würde es nicht versuchen, wenn ich nicht daran glauben würde.“

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