Quelle: MPS/Aktuelles/Nachrichten/Wenn die Sonne ernst macht; Text: Jan Berndorff, 16. Juni 2026

Auf den Punkt gebracht

• Von der Sonne ins All geschleudertes, magnetisiertes Plasma kann beim Auftreffen auf das schützende Erdmagnetfeld nicht nur Polarlichter auslösen, sondern auch erhebliche Schäden an technischer Infra-struktur verursachen. Solche Sonnenstürme häufen sich am Maximum des elfjährigen Aktivitätszyklus der Sonne.
• Um diesen Zyklus besser zu ver-stehen, untersuchen Forschende des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung die Magnetfeld-Dynamik der Sonne mit den Sonnenobservatorien Solar Orbiter und Sunrise.
• Die Forschenden sind auch an einer zukünftigen Mission, Vigil, beteiligt. Deren Ziel ist es, potenziell verheerende geo-magnetische Stürme frühzeitig vorherzusagen, sodass sich rechtzeitig Schutzmaßnahmen für Stromnetze oder Satelliten einleiten lassen.

Polarlichter sind die schöne Seite des Weltraumwetters. Doch es gibt im Sonnensystem auch Unwetter. Die Sonne kann Teilchenstürme entfesseln, die auf der Erde erhebliche Schäden an technischer Infrastruktur verursachen. Fachleute des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung wollen auch mithilfe neuer Teleskope besser verstehen, warum unser Stern alle elf Jahre besonders aktiv ist. Ihr Ziel ist nicht zuletzt, Sonnenstürme frühzeitig vorherzusagen.

Die ersten Monate dieses Jahres waren in Deutschland ungewöhnlich farbenfroh: Leuchtend grüne Vorhänge zogen sich über den Sternenhimmel von den norddeutschen Inseln bis in die bayrischen Voralpen. Manchmal flackerten die Lichter wie Fahnen im Wind. Manchmal strahlten sie ruhig und gingen von Grün über Rot in Violett über.

Was zahlreiche Menschen da nachts mit ihren Kameras einfingen, waren Polarlichter. Wenn diese sich sogar in Mitteleuropa zeigen und nicht nur in höheren Breiten wie in Skandinavien oder der Arktis, ist dies ein Anzeichen für eine besonders hohe Sonnenaktivität. Denn sie gehen auf Eruptionen auf unserem Heimatstern zurück: Heftige Turbulenzen im Magnetfeld schleudern einen Schwall geladener Teilchen ins All. Trifft die magnetisierte Wolke das Erdmagnetfeld, dellt es dieses ein. Es entsteht ein im geomagnetischen Sturm flatternder magnetischer Schweif, der weg von der Sonne zeigt. Dort kommen sich einzelne Feld­linien teils so nahe, dass sie sich unter einem energetischen Schnalzen neu verbinden. Die dabei entfesselten Kräfte beschleunigen geladene Elektronen von der Sonne entlang des gekrümmten Erdmagnetfelds bis zu dessen Polen.

Auf dem Weg regen die Teilchen in der Atmosphäre Sauerstoff und Stickstoff zum Leuchten an – Polarlichter entstehen. Etwa alle elf Jahre produziert die Sonne besonders viele solcher Eruptionen – es herrscht quasi solare Hurrikansaison: Über ein bis zwei Jahre hinweg wehen dann häufiger Sonnenstürme durchs All, die stärker sind als der übliche Sonnenwind. „In niedrigeren geografischen Breiten schützt das Erdmagnetfeld stärker“, sagt Sami Solanki. Er ist Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen. Trifft ein besonders starker Partikelschwall die Erde, so drückt dieser dermaßen gegen das Erd­magnetfeld, dass sich sogar solche Magnetfeldlinien neu verbinden, die in mittleren Breiten fußen – Sonnenteilchen regnen dann auch in die Atmosphäre über südlichere Teile Europas.

Das kann unangenehme Folgen haben: Satelliten, Raumstationen und hoch fliegende Flugzeuge sind intensiver Teilchenstrahlung von der Sonne ausgesetzt, Stromleitungen am Boden werden durch die geladenen Teilchen überladen, Transformatoren brennen durch, und flächendeckende Stromausfälle sind die Folge. Die europäische Raumfahrtagentur Esa hat in einer Studie ausgerechnet, dass ein heftiger Sonnensturm allein in Europa Schäden in Höhe von bis zu 15 Milliarden Euro verursachen könnte. Fachleute des US-Forschungsrates nennen für die USA sogar ein bis zwei Billionen US-Dollar.

Mit anderen Worten: So wichtig und faszinierend dieser Stern für uns ist – immerhin sorgt die Sonne für 99,96 Prozent der Energie, die die Erde vor der Auskühlung bewahrt –, er kann auch anders. Und darum wollen Forschende besser verstehen, wie er funktioniert.

Blicke auf die Pole der Sonne

Denn obwohl Forschende die Sonne bereits seit Jahrzehnten mit Teleskopen am Boden und im Orbit beobachten und vermessen, bleiben zahlreiche Details rund um deren komplexes Magnetfeld, aus dessen Dynamik die Sonnenstürme resul­tieren, im Dunkeln. „Wenn wir diese Vorgänge besser verstehen, können wir sie modellieren, und wenn wir sie modellieren, können wir auch Vorhersagen treffen – zum Beispiel wann ein gefährlicher Sturm droht, die Erde zu treffen“, sagt Kinga Albert, die am Göttinger Institut in der Abteilung Sonne und Heliosphäre forscht.

Aktuell untersucht Albert die ersten Messdaten der Esa-Sonde Solar Orbiter, zu der das Max-Planck-Institut ein Schlüsselinstrument beigesteuert hat: Der „Polarimetric and Helioseismic Imager“ macht Aufnahmen der Sonnenoberfläche im sichtbaren Licht und bestimmt Stärke und Richtung des Magnetfeldes. Solar Orbiter dringt dabei in wissenschaftliches Neuland vor und kommt bei seinen Umrundungen näher an das Sonnenfeuer heran als der innerste Planet Merkur. Erstmals verlässt ein Sonnenteleskop mit hochauflösenden Kameras zudem die Ekliptik, also jene Ebene, in der alle Planeten bis auf wenige Grad Abweichung um die Sonne kreisen. Nur so erlangt Solar Orbiter einen detaillierten Blick auf die Sonnenpole. Bislang gibt es von der Sonne und ihrem Magnetfeld fast ausschließlich seitliche Aufnahmen, die aus der Ekliptik heraus entstanden. Denn die Drehachse der Sonne ist nur etwa 7 Grad zu dieser Ebene gekippt. „Aus diesem Winkel erkennt man aber leider so gut wie nichts, daher sind die Pole noch weitgehend unerforscht“, bedauert Sami Solanki. „Wir vermuten jedoch, dass sich dort Entscheidendes zum Verständnis des elfjährigen Sonnenzyklus abspielt.“

Aufbrausendes Sonnenfeuer

In diesem Zyklus, der zwischen neun und 13 Jahre dauern kann, zeigt die Sonne eine erstaunliche Verwandlung: Beginnend als Dipol mit beinahe geradlinig zwischen Nord und Süd verlaufenden Feldlinien, wie wir das vom Erdmagnetfeld kennen, wickeln sich diese Feldlinien im Verlauf zunehmend auf. Laut bisheriger Forschung geht das so: Die Sonne ist wie die Erde im Prinzip ein riesiger Dynamo. Während sie rotiert, erzeugt die geladene Materie, aus der sie besteht – das Plasma aus Wasserstoff und Helium –, ein Ma­gnetfeld. Nun dreht sie sich in verschie­denen Breiten unterschiedlich schnell: An den Polen einmal in 35, am Äquator in 25 Tagen. Da die Magnetfeldlinien mit den geladenen Teilchen des Plasmas gekoppelt sind, wickeln sich die ursprüng­lichen Nord-Süd-Feldlinien quasi um die Sonne herum, es entsteht ein ziemlich komplexes und grob ring- oder donut­förmiges Magnetfeld.

Das Magnetfeld, das durch diese differenzielle Rotation entsteht, ist am Grund der sogenannten Konvektionszone verankert. Diese Zone entspricht dem äußeren Drittel der Sonne, in dem die Energie aus dem Sonneninneren nicht durch Strahlung, sondern durch mächtige Ströme und Umwälzungen im Plasma nach außen gelangt. Knapp unter der Oberfläche schießen sogar Blasen mit durchschnittlich 3000 Kilometern pro Stunde zur Ober­fläche, ehe diese abkühlen und wieder nach unten sinken: Es blubbert und brodelt wie kochendes Wasser in einem Topf.

Am Grund der Konvektionszone drängt sich das Magnetfeld dicht auf dicht und ist dermaßen turbulent, dass sich Feldlinien losreißen und schlauchartige Formen bilden. Im Inneren solcher Magnetfeldkäfige befindet sich weniger Sonnenplasma als in der Umgebung, und so steigen diese zur Oberfläche auf, wie U-Boote mit geleerten Tanks. Wo die gebündelten Feldlinien die Oberfläche durchstoßen, verhindern die magnetischen Kräfte, dass weiteres heißes Plasma nachschiebt. Die Konvektion und damit der Energietransport sind dort unter­bunden – es entsteht ein Sonnenfleck, der oft weit größer als die Erde ist und dunkel erscheint, weil er nur etwa 4000 Grad heiß ist, während in der übrigen Photosphäre rund 5500 Grad herrschen.

Je aktiver die Sonne ist, desto mehr Sonnen­flecken sind zu sehen und desto dynamischer und chaotischer ist das Magnetfeld auch an der Oberfläche. Immer wieder erheben sich Plasmabögen entlang ausladender Feldlinien, die meist in der Umgebung von Sonnenflecken verankert sind, weit über die Oberfläche. Teils verdrillen und verknoten sich Feldlinien, bis die Spannung allzu groß wird, der magnetische Käfig aufbricht und einen Schwall Plasma mit viel Schwung ins All schleudert. Fachleute nennen das einen koronalen Massenauswurf. Er ist die Ursache für das, was auch als Sonnensturm bezeichnet wird. Nach ein bis zwei Jahren des Wütens – das letzte Aktivitätsmaximum begann 2024 und ging mit den Polarlichtern Anfang dieses Jahres vermutlich zu Ende – beruhigt sich die Sonne langsam wieder. Die Zahl der Sonnen­flecken geht zurück, und die Feld­linien ordnen sich allmählich wieder zum Dipol. Nur diesmal andersherum: Der vormalige magnetische Nord- wird zum magnetischen Südpol und umgekehrt.

Vor allem diese Phase ist noch rätselhaft: „Wir können noch nicht erklären, wie die Sonne aus dem Chaos wieder zur Ordnung zurückfindet“, sagt Sami Solanki. Genau dazu soll Solar Orbiter neue Erkenntnisse liefern. Von den Bildern und Messungen, die das Sonnenteleskop im Jahr 2025 aufzeichnete, wurden einige bereits veröffentlicht. Doch die Analyse der vielen Daten hat gerade erst begonnen: „Nicht vor Ende dieses Jahres werden wir erste Ergebnisse veröffentlichen, darum darf ich noch nichts Konkretes verraten“, sagt Solanki. „Nur so viel: Wir haben spannende Dinge gefunden, die so manche Modellvorstellung wahrscheinlich widerlegen.“

Die Sonne zwischen Chaos und Ordnung

Seine Kollegin Kinga Albert beschäftigt sich mit Messungen magnetischer Strukturen in Polnähe: „Da gibt es größere und kleinere magnetische Teilflächen. Sie sind zwar alle nicht so groß wie die Sonnenflecken in Äquatornähe, haben aber in etwa mindestens die Fläche Deutschlands. Manche verändern sich binnen weniger Stunden, andere bleiben tagelang stabil, manche sind positiv, manche negativ magnetisch polarisiert.“ Diese Strukturen folgen einem Granulationsmuster – das ist die körnige Struktur mächtiger Plasmablasen, die durch die Konvektion entstehen: „Die Strömungen spülen Magnetfelder, die an der Ober­fläche treiben und meist Überbleibsel größerer Sonnen­flecken sind, zu Ein­heiten zusammen wie Schaum auf dem Meer, nur um sie dann wieder zu zerstreuen“, beschreibt Albert. Sie ist noch bei der Bestandsaufnahme und sucht nach Regelmäßigkeiten. „Eine Interpretation kann ich noch nicht liefern.“ „Aber unsere Reise zu den Polen fängt ja gerade erst an“, betont Lakshmi Pradeep Chitta, der in derselben Abteilung wie Kinga Albert forscht. Die Raumsonde werde in wenigen Jahren eine Bahn fliegen, die mit einem Winkel von etwa 33 Grad aus der Ekliptik ausbricht – mit noch klarerem Blick auf die Pole. „So werden wir also eben jenen Weg der Sonne zurück in ihr Dipol-Stadium detailliert verfolgen, den wir bislang noch nicht recht erklären können“, sagt Chitta.

Doch die Forschenden haben noch mehr Trümpfe im Ärmel, um der Sonne ihre Geheimnisse zu entlocken. Darunter ein weiterer sehr spezieller Sonnenspäher: ein Observatorium namens Sunrise, geleitet vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Dieses rund 2,5 Tonnen schwere Teleskop mit einem ein Meter großen Spiegel steht weder auf dem Erdboden, noch rast es durchs All. Statt­dessen schwebt es an einem riesigen Helium-Ballon in rund 37 Kilometer Höhe an der Grenze zwischen Erd­atmosphäre und Weltraum. Dort entgeht es Wolken und den störenden Luftturbulenzen der Erdatmosphäre, lässt sich zudem landen und warten. Es vereint so die Vorteile von Teleskopen im Weltraum und am Boden.

Der Ballon, der bei maximaler Füllung 130 Meter durchmisst, startete 2024 in der Nähe von Kiruna in Nordschweden und fuhr mit den stratosphärischen Westwinden entlang des nördlichen Polarkreises nach Kanada, um dort etwa eine Woche später zu landen. „Dieser Flug war ein voller Erfolg“, freut sich Smitha Narayanamurthy, die am Institut die Daten auswertet. Dank der Mitternachtssonne und der Position über Wolken und Wetter beobachtete das Teleskop durchgehend die Sonne und machte hochaufgelöste Bilder. „Mit Sunrise können wir Eruptionen von Anfang bis Ende hochauflösend verfolgen, und in den Daten werden wir sehen, ob und wie sie sich ankündigen“, sagt Sami Solanki. „Damit halten wir einen riesigen Datenschatz von 200 Terabyte in unseren Händen, den wir gerade erst zu heben beginnen.“ Darin enthalten sind auch zahlreiche Spektren und Polarisationsmuster in hoher Auflösung, mit denen Smitha Narayanamurthy die Granulation im Detail verfolgte und kleine Plasmawirbel und -strudel entdeckte.

Geomagnetische Stürme vorhersagen

Doch wer geomagnetische Stürme präzise vorhersagen will, muss auch wissen, ob und wann genau ein Plasmaschwall die Erde trifft. Je nachdem braucht dieser zwischen einem halben Tag und drei Tagen. Bislang ist es so: Eine heftige Sonneneruption mit dem Potenzial für ernsthafte Störungen auf der Erde erkennt man erst, wenn sie stattfindet. Zum Beispiel mit der Raumsonde Soho, die bereits seit 1995 die Sonne vom Lagrange-Punkt 1 (L1) aus beobachtet, also aus der gleichen Richtung wie die Erde. Jedoch kann dieser Satellit nicht gut erkennen, ob ein Sonnenauswurf tatsächlich Kurs auf die Erde nimmt und mit welchem Tempo.

Das liegt daran, dass die Kamera an Bord die Sonne mit einer kreisrunden Blende abdeckt und daher vornehmlich Auswürfe sieht, die die Sonne zu den Seiten verlassen. Erst wenn die Teilchen der Sonne Soho bereits erreicht haben – also wenn der Sturm kurz bevorsteht –, schlagen Sensoren an Bord Alarm. Ab da bleiben nur noch rund 30 bis 60 Minuten, bis der Partikelsturm auf das schützende Magnetfeld der Erde einprasselt. Das ist auch der Grund dafür, dass Vorhersagen von Polarlichtern nur maximal eine Stunde im Voraus gelten.
Entscheidender Blick von der Seite

Was der Sonnensturmvorhersage fehlt, ist die Sicht auf die Sonne aus einer anderen Perspektive, am besten noch während sich ein Sturm zusammenbraut. Hilf­reicher als der Blick von oben, den Solar Orbiter einnimmt, ist dabei jener der Raumsonde Vigil von der Seite. Das Göttinger Institut ist ebenfalls an der Sonde beteiligt, die die Esa im Jahr 2031 zum Lagrange-Punkt L5 schießen will. „Von L5 aus wird Vigil wegen der Drehung der Sonne Ereignisse auf ihrer Oberfläche beobachten, fünf bis sechs Tage, bevor sie von L1 oder der Erde aus sichtbar sind“, erklärt Pradeep Chitta. Das bedeutet: Wenn sich Eruptionen ankündigen, kann Vigil bereits eine Woche im Voraus warnen. Und falls eine Plasmawolke tatsächlich Richtung Erde stürmt, berechnet Vigil deren Richtung und Tempo.

„Eine Vorhersage wäre extrem wichtig“, sagt Sami Solanki. „Denn eines wissen wir sicher: Bislang sind wir bei Sonnenstürmen sehr glimpflich davongekommen.“ Seit der Mensch sich durch die breite Verwendung der Elektrizität, durch Raumfahrt und Satellitentechnik verwundbar für diese kosmischen Katastrophen machte, hat es keinen wirklich schlimmen Sonnensturm mehr gegeben. Mal gingen eine ganze Reihe Starlink-Satelliten dadurch verloren, mal sind in halb Kanada die Stromnetze für ein paar Stunden zusammengebrochen oder die Satelliten­navigation in Deutschland. Doch im Vergleich zu dem, wozu die Sonne fähig ist, waren das laue Lüftchen.

Funkensprühende Telegrafenmasten

Der bisher heftigste registrierte Sturm ereignete sich 1859. Das sogenannte Carrington-Ereignis, benannt nach einem britischen Astronomen, war geschätzt zwei bis vier Mal stärker als die intensivsten Sonnenstürme seither. Es sorgte für Polarlichter bis in die Karibik und Nordafrika und ließ Wälder in Flammen aufgehen, weil Telegrafenmasten Funken schlugen. Doch Elektrizität war damals kaum verbreitet, und so blieben die Schäden überschaubar. Heute würden sie in die Milliarden gehen, die Reparaturen der Energieinfrastruktur könnten Wochen oder gar Monate dauern. Schätzungen zu­folge sollte sich ein Sturm der Carrington-Klasse etwa alle 100 bis 500 Jahre er­eignen. Sie beruhen unter anderem auf Vergleichen mit solchen Eruptionen auf anderen sonnenähnlichen Sternen und auf Rekonstruktionen der Sonnenaktivität, die inzwischen mehrere Tausend Jahre in die Vergangenheit reichen.

„Allerdings kann es sogar noch viel intensivere Sonnenstürme geben als das Carring­ton-Ereignis“, warnt Sami Solanki. Diese sogenannten Miyake-Ereignisse sind zehn bis hundert Mal stärker. Sechs bis zehn dieser Art sollen sich in den letzten 14 500 Jahren ereignet haben. Das zeigen Messungen der Konzentration des Kohlenstoffisotops 14C in den Jahresringen alter Bäume. Derartige Stürme produzieren enorme Mengen dieses Isotops in der Atmosphäre, und es lagert sich dann in Bäumen ab. Der letzte besonders starke Fall ereignete sich wohl im Jahr 774 nach Christus. Ob und wann es wieder so weit ist, kann niemand genau sagen. Es könnte auch schon beim nächsten Sonnenmaximum geschehen.

Der Mensch hat auf die Aktivität der Sonne keinen Einfluss. Deshalb gelte es dringend, sich zu wappnen, meinen die Sonnenforschenden der Max-Planck-Gesellschaft. Bereits bei einer Vorwarnzeit von wenigen Tagen könnten Astronautinnen und Astronauten in Schutzmodule flüchten, Verkehrsflüge ließen sich aussetzen oder die empfindlichen Instrumente der Satelliten vorübergehend aus der Sonne drehen. Die kommenden Jahre der Sonnenforschung könnten uns also früher oder später vor einer Katastrophe bewahren.

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• Unsere Sonne

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

12. Juli 2022 – Nach der vorzeitigen Landung des ballongetragenen Sonnenobservatoriums Sunrise III am vergangen Sonntagmorgen, 10. Juli, haben Teammitglieder die Landestelle erreicht und die wissenschaftliche Nutzlast des Observatoriums weitestgehend unversehrt vorgefunden. Nach aktuellen Erkenntnissen musste der Flug wenige Stunden nach dem Start beendet werden, weil sich das mitgeführte Sonnenteleskop, das Herzstück von Sunrise III, nicht auf die Sonne ausrichten ließ. Die Ursache wird derzeit untersucht. Für einen Start des Observatoriums im nächsten Jahr oder später werden derzeit alle Optionen geprüft.

Bereits seit Anfang April dieses Jahres hatte das internationale Sunrise III-Team auf der Ballon- und Raketenbasis Esrange Space Center nahe der nordschwedischen Kleinstadt Kiruna unweit des Polarkreises das sechs Meter hohe Sonnenobservatorium auf seinen Stratosphärenflug vorbereitet. Sunrise III ist mit einem Teleskop, drei wissenschaftlichen Instrumenten und einem System zur Bildstabilisierung ausgerüstet und soll Messdaten aus einer mehr als 2000 Kilometer dicken Schicht der Sonne, die von knapp unter ihrer sichtbaren Oberfläche bis in die obere Chromosphäre reicht, aufnehmen. Wegen der aktuellen, weltweiten Logistikprobleme hatte sich der frühstmögliche Starttermin zunächst um einige Wochen in den Juni hinein verschoben. Danach verzögerte ungeeignetes Wetter den Missionsbeginn. Ein erster Startversuch am Samstag, 9. Juli, musste wegen drohenden Regens abgesagt werden.

Die zweite Startgelegenheit am frühen Morgen des 10. Juli konnte Sunrise III nutzen: Um 3.44 Uhr (MESZ) hob das Sonnenobservatorium ab. Bereits um 9.05 Uhr (MESZ) musste der Flug jedoch beendet werden. Das Teleskop ließ sich nicht auf die Sonne ausrichten, so dass das Aufnehmen von Messdaten unmöglich war.

Das Observatorium landete sicher auf unbewohntem, schwedischem Gebiet nicht weit der Grenze zu Norwegen. Die Mitglieder des Sunrise III-Teams, die die Landestelle in der Zwischenzeit erreicht haben, konnten keine gravierenden Schäden am Teleskop sowie an den wissenschaftlichen Instrumenten feststellen. Auch die Gondel hat die Landung gut überstanden. „Sunrise III ist offenbar wohlbehalten und aufrecht stehend niedergegangen“, berichtet Sunrise III-Projektleiter Prof. Dr. Sami K. Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen.

In den nächsten Wochen soll das Observatorium zunächst zurück zur Ballon- und Raketenbasis Esrange Space Center gebracht werden. Von dort könnte es dann den Heimweg nach Göttingen antreten, wo genauere Untersuchungen erfolgen. Das Team wird dann prüfen, wie und unter welchen Bedingungen Sunrise III im nächsten Jahr oder später seinen Forschungsflug in der Stratosphäre erneut antreten kann.

Das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III ist eine Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS, Deutschland) und des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität (APL, USA). Sunrise III blickt mit Hilfe eines 1-Meter-Teleskops, dreier wissenschaftlicher Instrumente und eines Systems zur Bildstabilisierung aus der Stratosphäre auf die Sonne. Maßgeblich Mitwirkende an der Mission sind ein spanisches Konsortium, das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, Japan), und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS, Deutschland). Das spanische Konsortium wird geleitet vom Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, Spanien) und besteht zudem aus dem Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), der Universitat de València (UV), der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und dem Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Weitere Partner sind das Wallop’s Flight Facility Balloon Program Office (WFF-BPO) der NASA und die Swedish Space Corporation (SSC). Sunrise III wird unterstützt von der Max-Planck-Förderstiftung, der NASA im Rahmen des Grants #80NSSC18K0934, dem spanischen Grant FEDER/AEI/MCIU (RTI2018-096886-C5) und des „Center of Excellence Severo Ochoa“ Preises für IAA-CISC (SEV-2017-0709) sowie dem ISAS/JAXA Small Mission-of-Opportunity program und JSPS KAKENHI JP18H05234.

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• SUNRISE – Sonnenobservatorium am Ballon

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 4. Juli 2022.

4. Juli 2022 – Die abenteuerliche Forschungsreise des ballongetragenen Sonnenobservatoriums Sunrise III könnte in den nächsten Tagen beginnen. Heute am frühen Morgen fand auf der Raketen- und Ballonbasis Esrange Space Center im nordschwedischen Kiruna der so genannte compatability test, eine Art Generalprobe, statt. Dafür hat das Sonnenobservatorium die große Halle, in der die Vorbereitungen der letzten Monate stattgefunden haben, verlassen, seine endgültige Flugkonfiguration erhalten und am Boden bewiesen, dass alle Systeme unter Flugbedingungen reibungslos funktionieren. Wenn das Wetter es zulässt, könnte Sunrise III nun in den nächsten Tagen abheben. Das Startfenster dafür ist allerdings denkbar klein. Bereits in wenigen Tagen könnten sich die Windbedingungen in der Stratosphäre derart verschlechtern, dass danach ein Start nicht mehr möglich ist.

In den vergangenen Wochen hatten zunächst die weltweiten Logistikprobleme der Mission zu schaffen gemacht; auf die Ankunft des Ballons und des Heliums in Kiruna musste das Team lange warten. Derzeit sind die Wetterbedingungen vor Ort wechselhaft, erlauben aber nach aktuellem Stand einzelne Startfenster in der zweiten Wochenhälfte. Das nächste davon ist für XL-Calibur, eine amerikanische Ballonmission, reserviert. Während der vergangenen Monate hatten sich beide Teams in derselben Halle des Esrange Space Centers auf ihren jeweiligen Flug vorbereitet. Die zweite Startmöglichkeit ist für Sunrise III vorgesehen. Sorgen bereiten dem Team allerdings die aktuellen Vorhersagen der Meteorologen vor Ort. Demnach könnten die stratosphärischen Winde, die Sunrise III sicher nach Kanada tragen sollen, bereits in wenigen Tagen abreißen.

Bei erfolgreichem Start wird Sunrise III während des anschließenden mehrtägigen Fluges am Heliumballon in 35 Kilometern Höhe einen einzigartigen Blick auf die Sonne haben und beispielsweise Prozesse in der Chromosphäre, der hochdynamischen Schicht zwischen der sichtbaren Oberfläche und der äußeren Atmosphäre der Sonne, genauer als je zuvor sichtbar machen.

Das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III ist eine Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS, Deutschland) und des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität (APL, USA). Sunrise III blickt mit Hilfe eines 1-Meter-Teleskops, dreier wissenschaftlicher Instrumente und eines Systems zur Bildstabilisierung aus der Stratosphäre auf die Sonne. Maßgeblich Mitwirkende an der Mission sind ein spanisches Konsortium, das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, Japan), und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS, Deutschland). Das spanische Konsortium wird geleitet vom Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, Spanien) und besteht zudem aus dem Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), der Universitat de València (UV), der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und dem Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Weitere Partner sind das Wallop’s Flight Facility Balloon Program Office (WFF-BPO) der NASA und die Swedish Space Corporation (SSC). Sunrise III wird unterstützt von der Max-Planck-Förderstiftung, der NASA im Rahmen des Grants #80NSSC18K0934, dem spanischen Grant FEDER/AEI/MCIU (RTI2018-096886-C5) und des „Center of Excellence Severo Ochoa“ Preises für IAA-CISC (SEV-2017-0709) sowie dem ISAS/JAXA Small Mission-of-Opportunity program und JSPS KAKENHI JP18H05234.

Sunrise III Factsheet in Deutsch
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• SUNRISE – Sonnenobservatorium am Ballon

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

5. Mai 2022 – Etwa einen Monat vor Beginn seines Forschungsflugs in der Stratosphäre hat das Sonnenobservatorium Sunrise III an seinem Startplatz am Polarkreis zum ersten Mal auf die Sonne geschaut. Im Juni wird es vom Esrange Space Center, der Ballon- und Raketenbasis der Schwedischen Weltraumagentur SSC im nordschwedischen Kiruna, auf eine Höhe von etwa 35 Kilometern steigen und während des mehrtägigen Fluges einzigartige Messdaten von der Sonne aufnehmen. Prozesse in der Chromosphäre, der hochdynamischen Schicht zwischen der sichtbaren Oberfläche und der äußeren Atmosphäre der Sonne, werden so genauer als je zuvor sichtbar. Die verbleibenden Wochen bis zum Start nutzen die technischen und wissenschaftlichen Teams aus Deutschland, Spanien, Japan und den USA, um alle Systeme und die wissenschaftlichen Instrumente auf ihren Einsatz vorzubereiten. Zudem werden die Abläufe und der Betrieb des Observatoriums während des Flugs geübt.

Seit Anfang April dieses Jahres ist Esrange Space Center im nordschwedischen Kiruna Schauplatz der letzten Vorbereitungen für den Flug von Sunrise III. In Einzelteile zerlegt ist die gesamte Hardware einschließlich Gondel, Sonnenteleskop und wissenschaftlicher Instrumente in Lastwagen vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen dorthin gereist. Das MPS leitet die Mission. Seitdem sind die eisigen Temperaturen von bis zu -15 Grad Celsius und das Schneetreiben, das bei der Ankunft herrschte, verträglicheren Bedingungen gewichen. Das so genannte „First Light“, der erste Blick auf die Sonne, fand bei Temperaturen um den Gefrierpunkt statt.

„Der Start vom Polarkreis ist mit einem beträchtlichen logistischen Aufwand verbunden“, blickt Sunrise III-Projektmanager Dr. Andreas Korpi-Lagg vom MPS auf die letzten Monate zurück. Doch für den wissenschaftlichen Erfolg der Mission ist der abgelegene Startplatz im hohen Norden von entscheidender Bedeutung. Da die Sonne jenseits des Polarkreises im Sommer nicht untergeht, kann Sunrise III während des Fluges rund um die Uhr Messdaten aufzeichnen. Am Erdboden finden Sonnenforscherinnen und -forscher die besten Sichtbedingungen etwa auf Hawaii, auf den Kanarischen Inseln oder im US-amerikanischen Südwesten. Doch selbst während der besten Beobachtungssaison, üblicherweise im Frühsommer, sind dort die Messungen typischerweise auf wenige Stunden am Tag begrenzt.

Ein weiterer Vorzug von Sunrise III ist die Beobachtungshöhe. Ein riesiger, mit Helium gefüllter Ballon hebt das etwa sechs Meter hohe Observatorium beim Start bis in die Stratosphäre. In etwa 35 Kilometern Höhe trägt der Wind Observatorium und Ballon nach Westen. In dieser Höhe, die beinahe schon den Übergang zum Weltall markiert, ist die Atmosphäre so dünn, dass Luftturbulenzen die Sicht nicht trüben. Zudem hat das ballonfahrende Forschungsobservatorium dort Zugang zur ultravioletten Strahlung der Sonne, deren Großteil die Erdatmosphäre absorbiert. „Bessere Beobachtungsbedingungen bieten nur Raumsonden im Weltall“, so Projektleiter Prof. Dr. Sami Solanki, Direktor am MPS.

Vom Kran getragen
Beim „First Light“ in Kiruna verblieb Sunrise III am Boden. Der Meilenstein bietet nicht in erster Linie aussagekräftige Messdaten von der Sonne, sondern die Möglichkeit, alle Systeme mit natürlichem Sonnenlicht zu testen und zu kalibrieren. Als der Kran in der großen Halle, die dem Sunrise III-Team am Esrange Space Center als Wirkungsfeld dient, das sechs Tonnen schwere Observatorium einige Zentimeter angehoben hat, kann es losgehen. Das Hallentor öffnet sich; zum ersten Mal richtet sich die Gondel selbsttätig zur Sonne aus – ganz so, wie es auch während des Forschungsfluges erfolgen soll. Sonnenstrahlen fallen in das Teleskop und erreichen von dort die wissenschaftlichen Instrumente und das Bildstabilisierungssystem. Vor ihren Computerbildschirmen tiefer in der Halle verfolgen die wissenschaftlich-technischen Teams, wie die Systeme auf das Sonnenlicht reagieren.

Sunrise III ist mit drei wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet. Gemeinsam liefern sie umfassende Messdaten aus der Region knapp unterhalb der sichtbaren Sonnenoberfläche bis in die obere Chromosphäre, etwa 2000 Kilometer darüber. Dafür fangen sie das infrarote, sichtbare und ultraviolette Licht aus dieser Region ein und können so dynamische Prozesse und Magnetfelder sichtbar machen. Zudem enthält Sunrise III ein ausgeklügeltes System zur Bildstabilisierung. Es sorgt dafür, dass das Observatorium auch am schwankenden Ballon hochpräzise Daten aufzeichnet. Wollte ein Sportschütze ähnlich „wackelfrei“ schießen, müsste er sein Sportgerät so ruhig halten, dass der Schuss auf sieben Kilometern Entfernung um maximal die Dicke eines Haares abgelenkt wird.

Zwischenschicht mit gewaltigem Temperatursprung
Die Chromosphäre der Sonne liegt zwischen ihrer sichtbaren Oberfläche und ihrer äußeren Atmosphäre, der Korona. In dieser Verbindungsschicht vollzieht sich ein gewaltiger Temperatursprung: von den vergleichsweise mäßigen 6000 Grad Celsius an der Oberfläche bis zu 20.000 Grad Celsius. In den darüber gelegenen Schichten steigen die Temperaturen dann sogar auf ein Million Grad Celsius an. „Selbst nach Jahrzehnten moderner Sonnenforschung ist die Chromosphäre noch immer rätselhaft“, so Solanki. „Dort spielt sich eine Vielzahl von Prozessen ab, die die Korona mit Energie versorgen und die wir noch nicht im Einzelnen verstehen“, fügt er hinzu. Im Zusammenspiel erzeugen diese Prozesse nicht nur die unfassbar hohen Temperaturen der Korona, sondern ermöglichen auch die heftigen Eruptionen, in denen die Sonne immer wieder Teilchen und Strahlung ins All schleudert. Die Messdaten von Sunrise III werden die bisher beste Höhenauflösung aus der Chromosphäre liefern: Präziser als je zuvor wird es möglich sein, einzelne Vorgänge einer genauen Höhe über der Oberfläche zuzuordnen. „Mit Sunrise III können wir die Vorgänge in der Chromosphäre besser als je zuvor verfolgen“, so Sunrise III-Projektwissenschaftler Dr. Achim Gandorfer.

Bis der abenteuerliche Flug von Sunrise III beginnt und das Observatorium erste Messdaten sammelt, werden noch einige Wochen vergehen. In dieser Zeit werden alle Systeme in Betrieb genommen und die Abläufe während des Flugs geübt. „Der Flug dauert nur einige Tage. Da muss von Anfang an alles reibungslos funktionieren“, so Korpi-Lagg. Je nach Windgeschwindigkeit erreicht Sunrise III den unbewohnten Nordosten Kanadas nach etwa fünf bis sieben Tagen. Dort landet das Observatorium am Fallschirm.

Den genauen Starttermin bestimmt das Wetter. Bei Niederschlag kann Sunrise III nicht starten; zudem ist Windstille erforderlich. „Unsere Vorbereitungen laufen nach Plan. Anfang Juni sind wir startklar“, so Korpi-Lagg. Die letzte Phase des Abenteuers hat begonnen.

Das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III ist eine Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS, Deutschland) und des Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins Universität (APL, USA). Sunrise III blickt mit Hilfe eines 1-Meter-Teleskops, dreier wissenschaftlicher Instrumente und eines Systems zur Bildstabilisierung aus der Stratosphäre auf die Sonne. Maßgeblich Mitwirkende an der Mission sind ein spanisches Konsortium, das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, Japan), und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS, Deutschland). Das spanische Konsortium wird geleitet vom Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, Spanien) und besteht zudem aus dem Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), der Universitat de València (UV), der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und dem Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Weitere Partner sind das Wallop’s Flight Facility Balloon Program Office (WFF-BPO) der NASA und die Swedish Space Corporation (SSC). Sunrise III wird unterstützt von der Max-Planck-Förderstiftung, der NASA im Rahmen des Grants #80NSSC18K0934, dem spanischen Grant FEDER/AEI/MCIU (RTI2018-096886-C5) und des „Center of Excellence Severo Ochoa“ Preises für IAA-CISC (SEV-2017-0709) sowie dem ISAS/JAXA Small Mission-of-Opportunity program und JSPS KAKENHI JP18H05234.

Sunrise III-Factsheet
pdf: https://www.raumfahrer.net/wp-content/uploads/2021/01/SunriseIIIFactsheetDE.pdf

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• SUNRISE – Sonnenobservatorium am Ballon

Der Beitrag Am Polarkreis: Erste Sonnenstrahlen für Sunrise III erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

28. Oktober 2021 – Das Sonnenobservatorium Sunrise III, das im Frühsommer nächsten Jahres die Sonne an einem Heliumballon aus einer Höhe von 35 Kilometern beobachten wird, hat heute am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen einen wichtigen Meilenstein erreicht: Erstmals konnten die wissenschaftlich-technischen Teams eine Messung mit Sonnenlicht durchführen. Beim so genannten „Hangtest“ öffnete sich das riesige Tor der MPS-Ballonhalle, um dem Observatorium so den direkten Blick in die Sonne zu ermöglichen. Der Test ist ein wichtiger Teil der aktuellen Vorbereitungen für den mehrtägigen Stratosphärenflug von Sunrise III im nächsten Jahr. Dabei wird das Observatorium beispielslose Messdaten aus der unteren Atmosphäre der Sonne, der Chromosphäre, einfangen.

Gegen 10.45 Uhr öffnete sich das neun Meter hohe Tor zur Ballonhalle des MPS am Justus-von-Liebig-Weg in Göttingen. Mit Hilfe des Hallenkrans hatten die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zuvor die sieben Meter hohe Strebenkonstruktion, das in seiner Flugkonfiguration Sonnenteleskop, wissenschaftliche Instrumente, ein System zur Bildstabilisierung und die Bordelektronik enthält, im Innern der Halle bis kurz vor die riesige Öffnung transportiert. Strahlender Sonnenschein; es kann losgehen.

Etwa sieben Monate vor dem geplanten Start der Mission Sunrise III sind die Vorbereitungen am MPS in vollem Gange. Fast alle Subsysteme sind funktionsbereit: das Teleskop, das mit seinem 1-Meter-Hauptspiegel das Herzstück von Sunrise III bildet; die Instrumente SUSI (Sunrise UV Spectropolarimeter and Imager) und SCIP (Sunrise Chromospheric Infrared Spectro-Polarimeter), die vom MPS sowie von einem japanischen Konsortium unter Leitung des National Astronomical Observatory of Japan entwickelt und gebaut wurden; das System zur Bildstabilisierung des Leibniz-Instituts für Sonnenphysik in Freiburg; und die gesamte Bordelektronik. Die sieben Meter hohe Gondel wurde in den vergangenen Wochen vom Applied Physics Laboratory der amerikanischen Johns Hopkins Universität angeliefert, vor Ort in Göttingen zusammengebaut und mit Teleskop und Instrumenten „verheiratet“.

„Mit den aktuellen Tests prüfen wir, ob alle Systeme von Sunrise III reibungslos zusammenarbeiten, und können gegebenenfalls noch nachbessern und verfeinern“, erklärt. Dr. Andreas Lagg vom MPS, Sunrise III-Projektmanager. „So können wir bereits am Boden die Abläufe für die späteren Messungen während des Fluges perfektionieren“, fügt er hinzu. Während Raumsonden typischerweise die lange Anreise durchs All zur Inbetriebnahme der wissenschaftlichen Instrumente nutzen, muss Sunrise III mit einem deutlich knapperen Zeitplan auskommen. „Der Flug dauert nur wenige Tage. Nach dem Start wollen wir deshalb so schnell wie möglich mit den wissenschaftlichen Messungen beginnen“, so Dr. Achim Gandorfer, Sunrise III-Projektwissenschaftler.

Sonnenlicht für SUSI und SCIP
In der Ballonhalle beginnt das Sunrise III-Team nun mit dem ersten Teil des Hangtests, dem sogenannten Pointing: Das Observatorium soll sich – wie während des Fluges erforderlich – selbsttätig zur Sonne ausrichten. Überwacht und kontrolliert wird dieser Vorgang aus 6000 Kilometern Entfernung von Ingenieurinnen und Ingenieuren der Johns Hopkins Universität in den USA. „Wegen der Corona-Pandemie konnten viele unserer internationalen Partner beim Einbau ihrer Hardware-Beiträge nicht hier vor Ort sein und selbst Hand anlegen“, beschreibt Dr. Achim Gandorfer die Arbeit der vergangenen Wochen und Monate. „Stattdessen mussten wir ihren Rat und ihre Expertise per Videokonferenz einbeziehen. Beim Hangtest gehen wir nun ähnlich vor“, fügt er hinzu.

Gegen 11.05 Uhr ist die kontinentenumfassende Aufgabe erfolgreich abgeschlossen; Sunrise III schaut perfekt ausgerichtet in die Sonne. Zum ersten Mal öffnet nun das Sunrise III-Team die Abdeckung, die den 1-Meter-Hauptspiegel im Innern des Teleskops bisher geschützt hat. Sonnenlicht fällt auf den empfindlichen Spiegel und wird von dort erstmals zu den wissenschaftlichen Instrumenten weitergeleitet, die oberhalb des Teleskops angebracht sind. Nun beginnt der zweite Teil des Hangtests, die Inbetriebnahme und das Kalibrieren der Instrumente kann beginnen. „Keine künstliche Lichtquelle kann das Sonnenlicht für diese Messungen ersetzen“, so Dr. Andreas Lagg.

Bis zum Frühjahr nächsten Jahres bleibt dem wissenschaftlich-technischen Teams für die weitere Inbetriebnahme Zeit. Wenn die Schneemassen jenseits des Polarkreises langsam schmelzen, reist Sunrise III in Einzelteile zerlegt und sicher in Kisten verpackt per Lastwagen zum Startplatz, der Raketenbasis Esrange Space Center, im nordschwedischen Kiruna. Startklar ist das Sonnenobservatorium am 1. Juni nächsten Jahres. Sobald die Wind- und Wetterverhältnisse in Kiruna günstig sind, hebt der mit 850 Kilogramm Helium gefüllte Ballon das sechs Tonnen schwere Observatorium auf eine Höhe von 35 Kilometern. Von dort trägt der Wind Sunrise III nach Westen; einen eigenen Antrieb hat Sunrise III nicht. Gelandet wird nach mehrtägigem Flug am Fallschirm im Norden Kanadas.

Mitternachtssonne und UV-Strahlung
„Da wir zur Sommerzeit und jenseits des Polarkreise fliegen, kann Sunrise III während des gesamten Fluges ununterbrochen auf die Sonne schauen“, beschreibt Missionsleiter Prof. Dr. Sami K. Solanki vom MPS einen der Vorzüge der Mission. Auf 35 Kilometern Höhe hat das Observatorium den Großteil der Erdatmosphäre zurückgelassen; Luftturbulenzen trüben den Blick kaum. „Anders als erdgebundene Teleskope hat Sunrise III in dieser Höhe Zugang zur ultravioletten Strahlung von der Sonne“, erklärt Solanki weiter. Dieser Teil der Sonnenstrahlung hat seinen Ursprung in erster Linie in der heißen Atmosphäre der Sonne und enthält wertvolle Informationen aus dieser Region. Da die Ozonschicht der Erdatmosphäre das ultraviolette Licht von der Sonne weitestgehend absorbiert, steht es erdgebundenen Teleskopen nicht zur Verfügung.

Die Instrumente von Sunrise III sind auf verschiedene Wellenlängenbereiche spezialisiert. Auf diese Weise blickt Sunrise III gleichzeitig auf einen Bereich von mehr als 2000 Kilometer Höhe, der sich von knapp unter der sichtbaren Oberfläche der Sonne bis in die obere Chromosphäre erstreckt. Besser als bei jedem anderen Observatorium – ganz gleich ob im Weltraum oder auf der Erde – lassen sich die Messdaten von Sunrise III aus dieser Region einer genauen Höhe zuordnen. So lässt sich präzise verfolgen, wie beispielsweise kleinste Strahlungsausbrüche, sogenannte Mikroflares, entstehen oder wie sich wellenartige Phänomene in der Sonnenatmosphäre ausbreiten.

„Sunrise III kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten zu verstehen, wie es der Sonne gelingt, ihre äußere Hülle auf unfassbare Temperaturen von mehr als eine Million Grad Celsius aufzuheizen“, so Solanki. „Um diese Frage zu beantworten, braucht es einen ganz besonderen Blick auf die Sonne.“

Zur Mission
Das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III ist eine Mission des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS, Deutschland). Sunrise III blickt mit Hilfe eines 1-Meter-Teleskops, dreier wissenschaftlicher Instrumente und eines Systems zur Bildstabilisierung aus der Stratosphäre auf die Sonne. Maßgeblich an der Mission beteiligt sind ein spanisches Konsortium unter Leitung des Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA, Spanien), das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, Japan), das Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University (APL, USA) und das Leibniz-Institut für Sonnenphysik (KIS, Deutschland). Weitere Partner sind die Columbia Scientific Ballooning Facility (CSBF) der NASA sowie die Swedish Space Corporation (SSC). Sunrise III wird unterstützt von der Max-Planck-Förderstiftung.

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