Quelle: ESA/Applications/Observing the Earth/FutureEO/Swarm, 13. Oktober 2025

Das Magnetfeld der Erde ist für das Leben auf unserem Planeten von entscheidender Bedeutung. Es handelt sich um eine komplexe und dynamische Kraft, die uns vor kosmischer Strahlung und geladenen Teilchen der Sonne schützt.
Es wird größtenteils von einem globalen Ozean aus geschmolzenem, wirbelndem flüssigem Eisen erzeugt, der den äußeren Kern etwa 3000 km unter unseren Füßen bildet. Wie ein sich drehender Leiter in einem Fahrraddynamo erzeugt es elektrische Ströme, die wiederum unser sich ständig veränderndes elektromagnetisches Feld erzeugen – in Wirklichkeit sind die Prozesse, die das Feld erzeugen, jedoch weitaus komplexer.
Swarm, eine Earth Explorer-Mission, die im Rahmen des Earth Observation FutureEO-Programms der ESA entwickelt wurde, besteht aus einer Konstellation von drei identischen Satelliten, die die magnetischen Signale, die vom Erdkern, Mantel, der Kruste und den Ozeanen sowie von der Ionosphäre und Magnetosphäre ausgehen, präzise messen.
Dank dieser außergewöhnlichen Mission gewinnen Wissenschaftler mehr Einblicke in die verschiedenen Quellen des Magnetismus, um besser zu verstehen, wie und warum das Magnetfeld an einigen Stellen schwächer und an anderen stärker wird.

Heute ist die Südatlantik-Anomalie für die Sicherheit im Weltraum von besonderem Interesse, da Satelliten, die diese Region überqueren, einer höheren Strahlenbelastung ausgesetzt sind. Dies kann zu Fehlfunktionen oder Schäden an kritischer Hardware und sogar zu Ausfällen führen.
Die neuesten Ergebnisse der Swarm-Mission, die diesen Monat in Physics of the Earth and Planetary Interiors veröffentlicht wurden, zeigen, dass sich die Südatlantik-Anomalie zwischen 2014 und 2025 zwar stetig ausgedehnt hat, aber ein Gebiet im Atlantik südwestlich von Afrika seit 2020 eine noch schnellere Abschwächung des Erdmagnetfeldes erlebt hat.
„Die Südatlantik-Anomalie ist nicht nur ein einziger Block“, sagt der Hauptautor Chris Finlay, Professor für Geomagnetismus an der Technischen Universität Dänemark. „Sie verändert sich in Richtung Afrika anders als in der Nähe von Südamerika. In dieser Region geschieht etwas Besonderes, das zu einer stärkeren Abschwächung des Feldes führt.“
Dieses Verhalten hängt mit seltsamen Mustern im Magnetfeld an der Grenze zwischen dem flüssigen äußeren Kern der Erde und ihrem felsigen Mantel zusammen, die als Reverse-Flux-Patches bekannt sind.
Prof. Finlay erklärt: „Normalerweise würden wir erwarten, dass die Magnetfeldlinien aus dem Kern der südlichen Hemisphäre austreten. Unterhalb der südatlantischen Anomalie sehen wir jedoch unerwartete Bereiche, in denen das Magnetfeld nicht aus dem Kern austritt, sondern zurück in den Kern fließt. Dank der Swarm-Daten können wir sehen, wie sich einer dieser Bereiche westwärts über Afrika bewegt, was zur Abschwächung der südatlantischen Anomalie in dieser Region beiträgt.“

Die rekordverdächtigen 11 Jahre von Swarm

Das neueste Modell des vom Erdkern erzeugten Magnetfelds markiert einen neuen Meilenstein für die Swarm-Satelliten der ESA, die nun die längste kontinuierliche Aufzeichnung von Magnetfeldmessungen aus dem Weltraum liefern.

Die Satelliten wurden am 22. November 2013 als vierte Earth Explorer-Mission gestartet, eine Pioniermission, die einen wichtigen Bestandteil des zukunftsweisenden FutureEO-Programms der ESA bildet.
Diese Missionen, die als Demonstratoren innovativer Erdbeobachtungstechnologien konzipiert wurden, haben ihre ursprüngliche Lebensdauer längst überschritten, sind zu einem integralen Bestandteil langfristiger Aufzeichnungen geworden, haben Daten für kritische operative Dienste geliefert und den Weg für zukünftige Satellitengenerationen geebnet.
Die Swarm-Daten bilden die Grundlage für globale Magnetmodelle, die für die Navigation verwendet werden, überwachen Weltraumwettergefahren und ermöglichen beispiellose Einblicke in unser Erdsystem, vom Kern bis zu den äußeren Bereichen der Erdatmosphäre.

Das Magnetfeld der Erde verstärkt sich über Sibirien

Die neuesten Ergebnisse von Swarm unterstreichen die Dynamik des Erdmagnetismus. So gibt es beispielsweise auf der Südhalbkugel einen Punkt, an dem das Magnetfeld besonders stark ist, und auf der Nordhalbkugel gibt es zwei solche Punkte – einen in der Nähe von Kanada und einen in der Nähe von Sibirien.
„Wenn man das Magnetfeld der Erde verstehen will, muss man bedenken, dass es sich nicht um einen einfachen Dipol wie einen Stabmagneten handelt. Nur mit Satelliten wie Swarm können wir diese Struktur vollständig kartografieren und ihre Veränderungen beobachten“, so Prof. Finlay.
Seit Swarm jedoch in der Umlaufbahn ist, hat sich das Magnetfeld über Sibirien verstärkt, während es sich über Kanada abgeschwächt hat. Die Region mit dem starken Feld in Kanada ist um 0,65 % der Erdoberfläche geschrumpft, was fast der Größe Indiens entspricht, während die Region in Sibirien um 0,42 % der Erdoberfläche gewachsen ist, was mit der Größe Grönlands vergleichbar ist.

Diese Verschiebung, die durch komplexe Prozesse im turbulenten Erdkern verursacht wird, steht im Zusammenhang mit der Verlagerung des nördlichen Magnetpols in Richtung Sibirien in den letzten Jahren. Diese Verschiebung ist wichtig für die Navigation, die durch das Zusammenspiel dieser beiden Bereiche mit starkem Magnetfeld beeinflusst wird.
Anja Stromme, Swarm-Missionsmanagerin der ESA, sagte: „Es ist wirklich wunderbar, dank der erweiterten Zeitreihe von Swarm ein Gesamtbild unserer dynamischen Erde zu sehen. Die Satelliten sind alle in gutem Zustand und liefern hervorragende Daten, sodass wir diese Aufzeichnungen hoffentlich über das Jahr 2030 hinaus verlängern können, wenn das Sonnenminimum noch mehr beispiellose Einblicke in unseren Planeten ermöglichen wird.“

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• Swarm
• Erdmagnetfeld

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Quelle: GFZ 22. November 2023.

22. November 2022 – Heute trägt das GFZ innerhalb eines internationalen wissenschaftlichen Konsortiums, Swarm DISC (Swarm Data, Innovation, and Science Cluster), zur regelmäßigen Bereitstellung von Datenprodukten für Geomagnetismus und Weltraumwetter bei, die aus den Swarm-Messungen gewonnen werden.

Die drei baugleichen Satelliten umkreisen die Erde auf polaren Bahnen in einer besonderen Konstellation: Swarm A und Swarm C fliegen als Satellitenpaar in einer Höhe von 462 Kilometern, Swarm B auf einer entfernteren Umlaufbahn in 510 Kilometer Höhe. Die endgültige Orbitkonstellation war im April 2014 erreicht. Dementsprechend wird das 10-jährige Swarm-Jubiläum im April 2024 offiziell gefeiert werden, im Rahmen einer wissenschaftlichen Konferenz in Kopenhagen, Dänemark.

Die Swarm-Mission
Jeder der drei Satelliten erhebt hochgenaue und hochaufgelöste Messungen der Stärke und der Richtung des magnetischen Feldes. In Kombination liefern sie die notwendigen Beobachtungsdaten, die für die Modellierung der verschiedenen Quellen des erdmagnetischen Feldes gebraucht werden.

„Die Swarm-Mission war ursprünglich nur für mindestens vier Jahre geplant, sie liefert aber auch nach 10 Jahren hochqualitative Daten insbesondere zu Stärke und Richtung des Erdmagnetfelds. Diese Daten trugen und tragen zu wesentlichen Erkenntnisgewinnen über physikalische Prozesse sowohl innerhalb als auch außerhalb der Erde bei“, sagt Monika Korte, Leiterin (komm.) der Sektion 2.3 „Geomagnetismus“ am GFZ.

Einerseits sind die Daten wichtige Grundlage zur genauen Kartierung des sich langsam ändernden Hauptfelds und zur Erforschung der zugrunde liegenden Bewegungen im flüssigen äußeren Erdkern, der das Erdmagnetfeld wie ein Dynamo erzeugt. Andererseits sind sie unverzichtbar zum Verständnis der diversen elektrischen Stromsysteme im Umfeld der Erde und des Zustands der Ionosphäre, was zur Charakterisierung von Weltraumwetterbedingungen von Bedeutung ist. Die Ströme schneller geladener Teilchen im Weltraum, die ihre Ursache in Sonneneruptionen haben, bilden u.a. eine Gefahr für Satelliten und Raumfahrzeuge, können aber auch elektronische Systeme auf der Erde stören. Das Erdmagnetfeld hat hierbei eine wichtige Abschirmfunktion.

Swarm und Polarlichter
Die Daten der Swarm-Mission spielen auch für das Verständnis von Polarlichtern eine wichtige Rolle, wie sie in diesem Jahr vermehrt auch in unseren Breiten zu beobachten sind. Polarlichter entstehen, wenn bei starker Sonnenaktivität geladene Teilchen des Sonnenwindes, gelenkt durch das Erdmagnetfeld, in die Atmosphäre gelangen. Dort regen die Teilchen Moleküle wie Sauerstoff oder Stickstoff zum Leuchten in verschiedenen Farben an. Es gibt bereits Datenprodukte, die – punktuell – die Grenzen des Polarlichtovals bestimmen, also der Zone um die Polregion, in der Polarlichter auftreten. Das basiert auf punktuellen Messungen auf den jeweiligen Satellitenbahnen. Daraus lassen sich dann Modelle für das komplette Polarlichtoval berechnen – allerdings bislang nur für die Vergangenheit. „Wir hoffen, in den nächsten Jahren auch eine Vorhersage des Polarlichtovals aus Swarm-Daten entwickeln zu können“, so Korte.

Tradition und Zukunft der Magnetfeldbeobachtung aus dem All
Swarm setzt die wichtige Beobachtung der Erdmagnetfelds aus dem Weltraum fort, die von 2000 bis 2010 wesentlich von CHAMP getragen wurde. Dieser Satellit des GFZ und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR war gleichzeitig für hochgenaue Messungen des Erdschwerefelds konzipiert. Die drei Swarm-Satelliten sind auf das Magnetfeld fokussiert und liefern im Vergleich zu CHAMP nicht nur mehr räumlich verteilte Daten, sondern bald auch längere Zeitreihen.

Die Nutzergemeinschaft hofft, dass die Swarm-Mission noch bis mindestens 2030 in Betrieb bleibt, um aus der Datenreihe insbesondere Informationen über den Zeitraum eines kompletten Sonnenfleckenzyklus zu gewinnen. Ein solcher Zyklus der Sonnenaktivität dauert – von einem Aktivitätsminimum zum nächsten – im Schnitt rund 11 Jahre. In dieser Zeit nimmt die Zahl der Sonnenflecken zu und wieder ab. Die Sonnenflecken stoßen – getrieben von internen Magnetfeldern – große Mengen geladener Teilchen in den Weltraum aus, daher der Begriff Sonnenaktivität. Diese Teilchen tragen als bewegte Ladung selbst ein Magnetfeld mit sich und beeinflussen daher auch das Magnetfeld im erdnahen Raum. Weil sich die Polarität der Sonnenflecken nach 11 Jahren ändert, dauert ein kompletter Zyklus rund 22 Jahre. Das letzte Aktivitätsminimum war zur Jahreswende 2019/20.

Aktuell wird u.a. am GFZ daran gearbeitet, viele der bisher mit einer Verzögerung von vier bis sechs Tagen erzeugten Datenprodukte nahezu in Echtzeit zur Verfügung zu stellen. „Dies war bei keiner der bisherigen erdnahen Magnetfeldmissionen der Fall und ist nur aufgrund der extrem hohen Datenqualität und Stabilität der Mission möglich. Diese neuen Datenprodukte werden daher eine noch wichtigere Rolle als bisher für die Charakterisierung des Weltraumwetters spielen, obwohl die Swarm-Mission ursprünglich gar nicht für diesen Zweck konzipiert wurde“, sagt Guram Kervalishvili, Wissenschaftler in der Sektion 2.3 „Geomagnetismus“ und Projektmanager für die ESA Swarm Mission und ESA Space Weather Aktitvitäten am GFZ.

Umfassende Informationen zu den Datenprodukten der Swarm Mission finden Sie unter: https://swarmhandbook.earth.esa.int.

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• Swarm

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Quelle: TU Graz 10. August 2023.

10. August 2023 – Auswirkungen von Sonnenstürmen auf die Erdatmosphäre können Satelliten zum Absturz bringen. Um dem vorzubeugen, setzt die European Space Agency (ESA) auf den in Graz entwickelten Vorhersageservice SODA.

Nach erfolgreicher Testphase ist der gemeinsam von TU Graz und Uni Graz entwickelte Service SODA (Satellite Orbit DecAy) seit Mitte Juli offiziell Teil des Space Safety Programmes der europäischen Weltraumagentur ESA. SODA liefert genaue Prognosen der Auswirkungen von Sonnenstürmen auf die Bahn von erdnahen Satelliten. Damit ist die TU Graz die erst dritte österreichische Einrichtung, die zu diesem Programm der ESA beiträgt. Neben Seibersdorf Laboratories war die Uni Graz zuvor bereits mit dem Observatorium Kanzelhöhe und dem Institut für Physik Teil des Programms.

Der neue Vorhersageservice ist über das ESA Space Weather Service frei verfügbar und bietet eine Vorwarnzeit von rund 15 Stunden. Da die Sonnenaktivität in den kommenden zwei Jahren ihr Maximum erreichen soll, ist die Inbetriebnahme von SODA zum aktuellen Zeitpunkt von zusätzlicher Relevanz. Wie stark sich Sonnenstürme auf die Satellitenumlaufbahn auswirken können, hat sich schon im durch die Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) geförderten Projekt SWEETS gezeigt, auf dessen Ergebnissen SODA aufgebaut ist. In diesem Projekt wurden Daten zur Dichte der Atmosphäre mit Echtzeitmessungen des Sonnenwindplasmas und des interplanetaren Magnetfelds kombiniert, um so die Auswirkungen von Sonnenereignissen zu berechnen. Bei einem großen koronalen Massenauswurf der Sonne wurde dabei festgestellt, dass Satelliten in einer Höhe von 490 Kilometern bis zu 40 Meter an Höhe verloren. Anfang Februar 2022 stürzten 38 Starlink-Satelliten bei der Inbetriebnahme auf einer Flughöhe von 210 Kilometern aufgrund eines Sonnensturmes sogar ab.

Sonnenaktivität steuert auf Höhepunkt zu
Hauptursache dafür ist, dass die geladenen Plasmateilchen, die nach einer Sonneneruption auf das Erdmagnetfeld treffen, die oberen Schichten der Erdatmosphäre so stark erhitzen, dass diese sich ausdehnen und der Luftwiderstand zunimmt. Das kostet Satelliten Geschwindigkeit und Höhe. Aufgrund der erwarteten Zunahme der Sonnenaktivität in den kommenden zwei Jahren hat die ESA einige ihrer Satelliten bereits um mehrere Kilometer angehoben, um sicher durch diesen Zeitraum zu kommen. Mit seinen Vorhersagen soll SODA zusätzliche Sicherheit schaffen. Für den Vorhersageservice steuerte die TU Graz ihre am Institut für Geodäsie vorhandene Expertise in der Verarbeitung von Satellitendaten bei, die Uni Graz brachte ihre Erfahrung im Bereich der Sonnen- und Heliosphärenphysik und der interplanetaren Magnetfeldbeobachtung ein.

Das Team rund um Sandro Krauss am Institut für Geodäsie an der TU Graz beschäftigte sich mit der Bestimmung von Atmosphärendichten über einen Zeitraum von 20 Jahren. Dafür griffen sie auf die Daten mehrerer erdnaher Satellitenmissionen zurück, darunter die Missionen CHAMP, GRACE, GRACE Follow-on und Swarm. An der Uni Graz analysierte die Forschungsgruppe um Manuela Temmer vom Institut für Physik rund 300 katalogisierte Sonneneruptionen aus den Jahren 2002 bis 2017 auf Basis von Messungen des interplanetaren Magnetfelds durch Sonden am sogenannten Lagrange-Punkt L1, der in Flugrichtung Sonne ungefähr 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt ist. Die Informationen der Uni Graz nutzte die TU Graz, um Veränderungen der Atmosphärendichte in Verbindung mit den Sonneneruptionen zu setzen. Aus der Gesamtanalyse der so gesammelten Daten entstand das Vorhersagemodell SODA.

Weltraumforschung hat hohen Stellenwert in Österreich
„Dass wir durch SODA mit der TU Graz nun die dritte Einrichtung sind, die neben Uni Graz und Seibersdorf Laboratories zum Space Safety Programm der ESA beiträgt, freut mich sehr“, sagt Sandro Krauss vom Institut für Geodäsie der TU Graz. „Von den fünf Expert Service Centers im ESA Space Weather Service Network ist Österreich damit in vier vertreten, nur Großbritannien ist an allen fünf Zentren beteiligt. Das zeigt, dass die österreichische Weltraumforschung einen hohen Stellenwert hat. Die Zusammenarbeit mit der Uni Graz bei diesem Projekt ist außerdem ein Beleg dafür, wie wertvoll interdisziplinäre Forschungsarbeit ist. Gemeinsam arbeiten wir bereits daran, SODA weiter zu verbessern.“

Manuela Temmer vom Institut für Physik der Uni Graz erklärt: „Für Uni Graz und TU Graz ist es eine schöne Anerkennung unserer Arbeit, dass wir mit diesem Service die ESA beliefern können. Es freut mich auch, dass die Zusammenarbeit weitergeht. Im Rahmen des von der FFG geförderten Projekts CASPER werden wir SODA gemeinsam noch verbessern. Es soll dazu dienen, komplexere Sonnenstürme besser zu verstehen, etwa wenn zwei Stürme sich auf dem Weg zur Erde überlagern. Weiters möchten wir auch die Atmosphärendichte auf 450 und 400 Kilometer Höhe berechnen – bisher ist uns das bis 490 Kilometer möglich. Da der Bereich der Sonnensturmvorhersage noch nicht sehr gut erforscht ist, warten hier noch viele interessante Erkenntnisse auf uns.“

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• Weltraumwetter

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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Quelle: GFZ.

Als Preisträger der Alexander von Humboldt-Stiftung absolvieren Dr. Ahmed Nasser Mahgoub aus Ägypten und Dr. Diptiranjan Rout aus Indien seit diesem März einen Forschungsaufenthalt am Deutschen GeoForschungZentrum. Die Wissenschaftler erhalten das Humboldt-Forschungsstipendium für Postdoktoranden und werden in der Sektion 2.3 „Geomagnetismus“ forschen. Das Stipendium fördert explizit erfahrene und überdurchschnittlich qualifizierte internationale Wissenschaftler, die auf diese Weise die Möglichkeit erhalten, mit einer deutschen Institution zu kooperieren. Gastgeberin von Dr. Diptiranjan Rout ist Prof. Dr. Claudia Stolle, die Leiterin der Sektion „Geomagnetismus“; Herr Dr. Maghoub wird bei Dr. Monika Korte, der Leiterin der Arbeitsgruppe „Entwicklung des Erdmagnetfelds“ forschen.

Dr. Ahmed Nasser Mahgoub hat an der Assiut University in Ägypten studiert und anschließend an der Universidad Nacional Autónomica de México (UNAM) promoviert. Dort beschäftigte er sich mit paläomagnetischen Messungen von Lavaproben, um einerseits Informationen über Magnetfeldänderungen der Vergangenheit zu erlangen, aber auch um zur Datierung und dem Verständnis mehrerer mexikanischer Vulkane beizutragen.

In seinem jetzigen Projekt wird sich Dr. Mahgoub mit der globalen Rekonstruktion des Erdmagnetfelds während der letzten Umpolung vor etwa 780.000 Jahren beschäftigen. Basierend auf weltweit publizierten paläomagnetischen Daten von Vulkangesteinen und Sedimenten wird das entwickelte Magnetfeldmodell sowohl dem besseren Verständnis der Prozesse im Erdkern während der Umpolung dienen, als auch zur Abschätzung der verringerten magnetischen Abschirmwirkung gegen Sonnenwind und kosmische Strahlung während solch extremer Magnetfeldänderungen.

Dr. Diptiranjan Rout studierte Physik am National Institute of Technology Rourkela, promovierte anschließend in Weltraumphysik am Physical Research Laboratory in Indien. Zu seinen Forschungsinteressen gehören u.a. Sonnenwind-Magnetosphäre-Ionosphäre-Thermosphäre-Kopplung, Weltraumwetter sowie die Geoeffektivität von Sonnenwindstrukturen. Er war bis vor kurzem als Postdoc an der Clemson University in South Carolina in den Vereinigten Staaten.

Am Deutschen GeoforschungsZentrum wird Dr. Rout in einem Projekt mitarbeiten, dessen Ziel die Bewertung der Stärke wie auch der Variationen der ionosphärischen Ströme im Polarlicht als Indikator für gravierende Weltraumwetter-Ereignisse ist. Insbesondere soll die Ausbreitung der vom Sonnenwind und der Magnetosphäre stammenden Energie in die obere Atmosphäre der niederen Breiten quantifiziert und ihr globaler Einfluss auf die ionosphärische Elektrodynamik bewertet werden. Zu diesem Zweck werden magnetische Daten der Swarm-Mission (drei Forschungssatelliten der Europäischen Weltraumorganisation), und anderer Satelliten zusammen mit ionosphärischen Parametern, die von Bodeneinrichtungen gemessen werden, analysiert.

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• Swarm
• Erdmagnetfeld

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA.

Bislang hat man im Rahmen der Kommissionierung in 490 Kilometer Höhe die Instrumente der Swarm-Satelliten in Betrieb genommen und kalibriert. Die endgültigen Umlaufbahnen liegen für die Swarm-Zweierformation bestehend aus den Satelliten A und B auf 462 Kilometer Höhe und für den Einzelgänger Swarm C auf 510 Kilometer (ursprünglich 530 Kilometer). Die komplexe Anordnung mit auseinanderdriftenden Umlaufbahnen zwischen Swarm A/B und C dient der Optimierung der Messungen und stellt nach ESA-Angaben ein einzigartiges Konzept im Weltraum dar. Mit den Daten, die durch Swarm A, B und C gleichzeitig an verschiedenen Punkten gemessen werden, kann man unter anderem die Ursachen für Schwankungen des Erdmagnetfeldes genauer differenzieren. Bislang konnte man nicht sauber zwischen dem Einfluss der Sonnenaktivität und Störungen aus dem Erdinneren unterscheiden.

Der Gesamtmission kommt entgegen, dass die Sonnenaktivität gegenwärtig geringer als erwartet ist. Damit konnte die ursprüngliche Planung zur Positionierung der Satelliten überarbeitet werden. Die Swarm-Satelliten werden von Freon-Kaltgas-Triebwerken angetrieben und gesteuert. Der Transfer in den Arbeitsorbit erfolgt mit einer Vielzahl von kurzen Schubstößen. Durch die Neuplanung wird der dafür notwendige Freon-Verbrauch reduziert. Mit dem eingesparten Treibstoff werden die regulären Messungen länger möglich sein.

Die Messergebnisse hängen von der Konstellation der Umlaufbahnen von Swarm A/B sowie C zueinander ab. Gemäß Planung wird der Winkel, in dem die Umlaufbahnen von Swarm A/B und Swarm C zueinander stehen, immer größer. Das ist so gewollt, jedoch wird irgendwann der maximale Winkel für aufeinander abgestimmte Messungen überschritten. Das wäre nach etwa drei Jahren der Fall. Dann stehen die beiden Umlaufbahnen im 90-Grad-Winkel zueinander. Der jetzt gesparte Treibstoff kann in der Spätphase genutzt werden, um diese Drift zu verlangsamen. Damit ist eine Verlängerung der regulären Messungen der drei Swarm-Satelliten möglich. Die Datenausbeute wird damit noch umfassender.

Die vom Dreier-Schwarm erfassten Daten sind unter anderem Basis für dreidimensionale Karten des Magnet- und des elektrischen Feldes der Erde. Die wissenschaftliche Nutzlast jedes Swarm-Satelliten:

• Zwei Absolute Scalar Magnetometer (ASM) ermitteln die Absolutwerte der magnetischen Flussdichte. Sie sind zur Vermeidung von Störungen durch den Satellitenbetrieb am Ende des Auslegers angebracht.
• Ein Vector Field Magnetometer (VFM) bestimmt neben der magnetischen Flussdichte auch die Richtung der Feldlinien. Das Instrument ist in der Mitte des Auslegers angebracht und zur Richtungsbestimmung direkt an drei Sternensensoren gekoppelt.
• Ein Electrical Field Instrument (EFI) misst Dichte, Drift, Beschleunigung und Temperatur des Plasmas und dient der Analyse des elektrischen Feldes. Es besteht aus Thermal-Ionensonden am Bug eines jeden Swarm-Satelliten und zwei Langmuir-Sonden an der Unterseite.
• Das Accelerometer (ACC) misst nicht gravitationsbedingte Beschleunigungen. Der Einfluss des Sonnenwindes wird so analysiert.
• Ein GPS-Empfänger erlaubt in Verbindung mit einem Laserreflektor (Laser Retro Reflector LRR) die exakte Positionsbestimmung jedes Satelliten. Dies ist wiederum Voraussetzung für eine genaue Kartierung der Messwerte.

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Ein Beitrag von Oliver Karger. Quelle: live aus dem ESOC in Darmstadt.

Guten Morgen und ein herzliches Willkommen aus dem European Space Operation Center in Darmstadt. Nach 957 Tagen ist es soweit. Die europäischen Kometensonde Rosetta wird heute nach einer zweieinhalbjährigen Deep Space Hibernation Phase wieder reaktiviert. Um 11:00 Uhr MEZ wird eine sechsstündige Prozedur gestartet, die mit der Aktivierung des Bordcomputers beginnt. Zwischen 18:30 Uhr und 19:30 Uhr soll das erste Funksignal von Rosetta über das DNS-Netzwerk der NASA am ESOC eingehen.

Es ist 10:08 Uhr MEZ…
… und es sind noch gut 51 Minuten bis der interne Wecker von Rosetta klingelt. Der große Konferenzraum füllt sich langsam mit Journalisten und Offiziellen von ESA und DLR.

T-00:51:11 and counting…

10:20 Uhr MEZ…
Die Pressekonferenz beginnt und Thomas Reiter, ehemaliger Astronaut und ESA Direktor für bemannt Raumfahrt, gibt eine Einführung in die aktuell gestarteten Missionen, SWARM und Gaia, die sich momentan in der Kommissionierungsphase befinden. Rosetta bezeichnet er als das wissenschaftliche Highlight der ESA im Jahr 2014.

Ihm folgt Prof. Alvaro Giménez, ESA Direktor für Robotische Exploration. „Eine große Herausforderung steht uns bevor.“ Rosetta unternimmt eine Reise, die uns zu den Ursprüngen von Wasser und Leben im Sonnensystem führen kann. „Die uns zur Verfügung stehende Technologien erlauben uns, einige wichtige Fragen zu beantworten.“ Beispielsweise, wieso auf der Erde Wasser existiert. Eine mögliche Erklärung ist, dass 20 – 40% der vorhandenen Wassermenge und die ersten organischen Moleküle auf der Erde aus Kometen und Asteroiden stammt. Rosetta ist eine Schlüsselmission, die unter anderem diese Fragen klären kann.

Rosetta ist einerseits eine Schlüsselmission, fügt sich andererseits jedoch als einzelnes Puzzleteil in das Gesamtbild von ESAs interplanetaren Missionen: Mars Express, Venus Express, SWARM, Gaia, Herschel und Planck, die nicht mehr aktiv Daten sammeln, sowie Missionen in Vorbereitung, beispielsweise JUCIE – Jupiter Icy Moon Explorer.

„Kontinuierliche Unterstützung der ESA Mitgliedsstaaten und Industrie ermöglichen uns, hinaus ins All zu gehen und einen Teil der uns drängenden Fragen zu beantworten“, so Prof. Giménez. „Aber zuerst muss Rosetta aufwachen. Und sie wird aufwachen!“

10:54 Uhr MEZ…
Noch sechs Minuten, bis das Reaktivierungssignal gesendet wird. Paolo Ferri, Leiter der Mission Operation, gibt einen Einführung in den Betrieb des Mission Controll Rooms am heutigen Nachmittag. Das Team wird kleiner sein, als bei einem Start einer Mission. Die Hauptarbeit wurde bereits vor zweieinhalb Jahren gemacht. „Heute heißt es nur warten… und hoffen!“

11:00 Uhr MEZ – der Wecker klingelt!
Rosetta sollte nun aufgewacht sein und den Reaktivierungsprozess beginnen. Zunächst sollen Heizelemente die Sonde aufwärmen, die Rotation der Spinstabiliserung wird gestoppt, damit die Sonde ihre Ausrichtung im Raum bestimmen kann. Wenn das erfolgt ist, werden die Solarpanele in Richtung ausgerichtet und die Hauptantenne in Richtung Erde.

Dr. Matthew Taylor, Rosetta Projekt-Wissenschaftler erläutert, dass zwar Kometen im Labor hergestellt werden können, um erste Messungen nachvollziehen zu können, nichts jedoch über Originialdaten geht, um das Ursprungsmaterial, die DNA des Sonnensystems, direkt zu untersuchen.

Prof. Mark McCaughrean erklärt, dass Rosetta einen kleinen Teil im Gesamtbild der interplanetaren Sondenflotte bildet, der jedoch außerordentlich bedeutsam ist. Rosetta gibt uns die Möglichkeit zurückzuschauen in eine Zeit vor 4,6 Milliarden Jahre, als das Sonnensystem entstand.

Prof. Dr. Johann-Dietrich Wörner gibt einen Einblick in den deutschen Beitrag zur Rosetta-Mission. „That’s space, the final frontiers. That’s the mission of the Rosetta.“ Eine Mission, um extrem alte Artefakte des Sonnensystem zu erforschen.

Deutschland ist an der Rosetta-Mission sowohl in finanzieller Hinsicht mit etwa 116 Millionen Euro mit dem deutschen Anteil an der jährlichen ESA-Budgetierung und einer DLR-Finanzierung am Gesamtvolumen von etwa 300 Millionen Euro beteiligt.
Weiterhin ist Deutschland auch mit Hardware-Entwicklung beteiligt, beispielsweise die OSIRIS-Kamera, federführend mit dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, und mit dem Rosetta Plasma Consortium, dass die Atmosphäre des aktiver werdenen Kometenkern untersuchen möchte.

Der Lander Philae ist ebenfalls eine deutsche Entwicklung. Die Führung während der Design- und Implementierungsphase und für den Betrieb lag und liegt beim DLR-Zentrum in Köln. Von dort aus wird Philae auch kontrolliert. Für die Landung von besonderer Bedeutung sind die drei Landebeine, welche mit Bohrern zur Verankerung an der Oberfläche ausgestattet sind. Diese wie auch die Harpunenhalterung wurden in Deutschland entwickelt und gefertigt. „Alles davon jedoch“, so Wörner, „ist die Zukunft. Rosetta fliegt seit 10 Jahren, ohne Wartung, ohne Eingriffsmöglichkeit. Dennoch sind wir sehr zuversichtlich, dass das Rendezvous und die Landung erfolgreich sein werden.“

14:00 Uhr MEZ
Die Nachmittagsagenda steht im Zeichen der Raumfahrzeuge Rosetta und Philae, der wissenschaftlichen Instrumente und der Herausforderungen im Betrieb.
Wir starten mit einem Blick auf zwei Instrumente von Rosetta – OSIRIS und ALICE. Joel Parker, Principal Investigator des ALICE-Instruments führt auf die Frage, wie wir zu Kometen fliegen, aus: „Rosetta gibt uns die Möglichkeit einen Kometenkern aus der Nähe zu untersuchen, wir können die Koma, bestehend aus Staub und Gas in-situ analysieren.“ Holger Sierks, Principal Investigator der OSIRIS Kamera vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung: „Kometen sind einfach cool. Sie bestehen aus dem, woraus wir bestehen. Sie sind präbiotisch und damit uns näher als vieles Anderes im Sonnensystem“.

OSIRIS ist eine Kamera, die man hier nicht durch die Gegend tragen würde, um einen Schnappschuss zu machen. Sie ist mit einem Gewicht von gut 35 Kilogramm deutlich schwerer, und hat lediglich eine 4 Megapixel-CCD. Aber sie ist robust für die harten Anforderungen im Umfeld eines Kometen. Aus 20 bis 25 km Entfernung ist eine Auflösung bis zu wenigen Zentimetern möglich.

Mit dem UV-Spetrometer ALICE soll die chemische Zusammensetzung analysiert werden, um zu klären, wo der Komet ursprünglich entstanden ist.

Unmittelbar nach der Reaktivierung von Rosetta werden beide Instrumente noch nicht eingeschaltet. Dies ist erst nach einer ausführlichen Überprüfung aller Systeme für den 17. März mit OSIRIS und den 18. März mit ALICE vorgesehen. Im Fall von ALICE wird das Spektrometer zunächst auch nur oft ein- und wieder ausgeschaltet, um die Funktionsfähigkeit des Speichers ausreichend zu testen. Nach der Checkout-Phase der Instrumente wird OSIRIS erste Aufnahmen von 67P/C-G anfertigen und zur Erde übermitteln. Die ersten Bilder nach dem Hibernation sollen dann, wie es bereits beim Lutetia-Flyby gesehen ist, sehr schnell der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Diese Vorgehensweise soll auch im weiteren Missionsverlauf beibehalten werden.

15:15 Uhr MEZ – Mission Operation Update
Es gibt ein aktuelles Update aus dem Main Control Room von Andrea Accomazzo, Rosetta Spacecraft Operations Manager.

Das Bodensystem ist vorbereitet, es besteht bereits Kontakt zu den Kollegen in den USA. In einer halben Stunden wird angefangen den Bereich am Himmel zu scannen, in dem Rosetta sein soll. Es wird erwartet, dass das Signal von Rosetta erst in drei Stunden, also gegen 18:15 bis 18:30 detektiert wird. Um im Fall der Fälle dennoch vorbereitet zu sein, beginnen NASA und ESA bereits früher zu lauschen…

15:30 Uhr MEZ – Rosetta, Kometen und Asteroiden
„Komenten sind wie Katzen. Sie haben einen Schwanz und tun, was sie wollen.“, so Norbert Peiler von Airbus Defence and Space. Gerhard Schwehm, der als ESA Wissenschaftler die Mission Rosetta lange begleitet und gestaltet und vor Kurzem in den Ruhestand gewechselt ist, unterstützt dies anhand des Beispiels des Kometen ISON. Angekündigt als Jahrhundertkomet, dann nach dem Perihelion nichts mehr…

Neben Kometen gibt es eine Vielzahl von Asteroiden. Auf die Frage, welche der beiden Spezies für die Erde gefährlicher sind, gibt es zwiespältige Antworten. Gerhard Drolshagen, ebenfalls ESA Wissenschaftler: „Es gibt viel mehr Asteroiden, zudem sind meinst viel kleiner als Kometen, deren Größen in der Regel im Kilometerbereich liegt. Auf der anderen Seite sind Kometen deutlich schneller und es ist nicht vorhersagbar, wie sie sich verhalten.“

„Direkte Erfahrung mit Kometen“, so Gerhard Drolshagen, „kann jeder machen, wenn er im Sommer an den Nachthimmel schaut und den Sternschnuppen zusieht, die von lange vergangenen Kometenpassagen stammen.“

Auf die Frage, was die größte Schwierigkeit aus Sicht von Airbus Defence and Space, ehemals Astrium war, antwortete Norbert Peiler: “ Sie können sich nicht vorstellen, welche Herausforderung es ist, mehr als 60 Firmen mit ihren unzähligen Mitarbeitern über einen Zeitraum von mehr als 10 Jahren während der Entwicklung und Implementation und weitere 10 Jahre während des Flugs als Team zusammenzuführen und zu motivieren. Eine Herausforderung in sowohl technischer wie auch persönlicher Natur.“

16:45 Uhr MEZ – Mission Operation Update
Tracking ist erfolgreich gestartet, bisher gibt es aber kein Signal… nur Noise… Momentan wird mit der DNS-Antenne der NASA in Goldstone/Kalifornien getracked, gegen 20:00 Uhr MEZ übernimmt die Tracking Station in Austrialien. Wenn alles normal verläuft, sollte das erste Signal noch von Kalifornien aus empfangen werden können.

„Wenn wir das Signal haben, müssen wir uns etwas beeilen.“, erzählt Andrea Accomazzo aus dem Main Control Room. „Rosetta ist so programmiert, dass der Transmitter fünf Stunden nach dem Senden des Signals ausgeschaltet wird. Das müssen wir verhindern, in dem wir ein Signal zurück zu Rosetta senden, der den Ausschaltvorgang unterbindet. Andernfalls meldet sich Rosetta erst sieben weitere Stunden später wieder.“

Bis hier her ist die Devise: good news, no signal yet.

17:00 Uhr MEZ – Rosettas Lander Philae
Der letzte Interviewblock befasst sich mit dem Lander Philae. Jean Pierre Biebring, Principal Investigator des CIVA/ROLIS-Instruments berichtet enthusiastisch davon, welche Fragen sich durch die direkte Untersuchung von Kometenmaterial hoffentlich beantworten lassen. Was für Moleküle spielen eine Rolle? Sind sie organisch oder anorganisch? Finden wir dort Moleküle, die es auch auf der Erde gibt? Wie passieren die Evaporationsprozesse auf der Oberfläche? Wie verhält sich das Kometenmaterial bevor es durch den Einfluss der Sonne verändert wird? Das Instrument CIVA/ROLIS soll dabei helfen Antworten zu finden. Dazu bohrt es den Kern einige Zentimeter tief an und analysiert das dabei freiwerdende Material direkt.
Mit der Untersuchung der inneren Struktur wird sich das Instrument CONSERT befassen. „Wie ist die Struktur des Kerns und seine Zusammensetzung?“, fragt Wlodek Kofman, Principal Investigator von CONSERT. „Um dies zu klären, brauchen wir zwei Geräte, den Orbiter und den Lander.“ Das Experiment CONSERT wird den Kometenkern tomographieren. Dazu sendet es Radiowellen von Philae aus durch den Kometen, die vom zweiten Teil des Experiments am Rosetta-Orbiter detektiert werden. Ein Verständnis des Kerninneren zu erlangen ist insofern interessant und wichtig, da dort das ursprüngliche, seit 4,5 Milliarden Jahre unbeeinflusst Material vorhanden ist.

Der Lander selber ist ein gesamteuropäisches Projekt. „Zehn Experimente, die überall aus Europa stammen und unterschiedliche Fragestellungen beantworten sollen.“, erläutert Stephan Ulamec, Lander Project Manager des DLR, und benennt gleich ein weiteres Instrument, welches das Kometenmaterial in-situ untersuchen soll. COSAC wird Oberflächenmaterial in einem Ofen erhitzen und die dabei entstehenden Gase mit einem Gaschromatographen anaylsieren.

Bevor es soweit ist und die wissenschaftlichen Instrumente mit ihrer Arbeit beginnen können, muss jedoch die Landung von Philae glücken. „Für die Landung müssen nicht nur Rosetta und Philae technisch einwandfrei funktionieren, auch der Komet selber muss sich kooperativ zeigen“, so Biebring. Wenn der Kometenkern zu stark ausgast, besteht die Gefahr, dass Philae durch das ausgasende Kometenmaterial von der Oberfläche fortgedrückt wird.

Doch bevor die Landung glücken kann, muss sich Rosetta zunächst zurückmelden.

18:30 Uhr MEZ – Mission Operation Update
Andrea Accomazzo berichtet aus dem Kontrollraum, dass bisher das Signal noch nicht eingetroffen ist. Der Spektrumanalysator zeigt das bisher bekannte Rauschen. Der Signaleingang wird jedoch in den nächsten Minuten erwartet.

Schauen Sie für aktuelle Status Updates auch im Status Thread der Raumcon.

Das Update um 18:45 Uhr MEZ ist nicht erfolgt und es wird weiter gewartet. Gerade wird die zweite DSN-Antenne der NASA in Canberra/Australien dazugeschaltet. Auch hier ist bisher nur Rauschen zu sehen. Weiterhin online ist die 70 m Antenne in Goldstone/Kalifornien.

19:18 Uhr MEZ
Rosetta ist zurück!!! Wir haben ein Signal!
Die Freude ist groß am ESOC nach der etwas längeren Wartezeit. „Die längste Stunde meines Lebens war das!“ ruft Andreas Accomazzo in den Saal alle Gästen zu…

Mit guter Stimmung im Saal und einem entspannten Rosetta-Team, für das nun die Arbeit richtig beginnt, verabschieden wir uns aus dem ESOC in Darmstadt.
Raumfahrer Net wird die weitere Entwicklung der Mission begleiten und ausführlich berichten. Verfolgen Sie weiterhin unserer Sonderseite zu Rosetta und unser Rosetta-Spezial in der Raumcon.

Bleiben Sie uns treu,
Ihre Raumfahrer Net Redaktion

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Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: ESA, spaceflightnow.com.

Die drei von EADS Astrium gebauten, identischen Einzelsatelliten des Swarm-Projekts trafen bereits im September wohlbehalten auf dem Startgelände in der russischen Oblast Archangelsk ein. Seither laufen die unmittelbaren Startvorbereitungen, die neben ausgiebigen Abschlusstests der Wissenschaftssatelliten auch deren Betankung mit Treibstoff – bereits Mitte Oktober abgeschlossen – und die abschließende Integration auf dem Launcher beinhalten. Letztere begann am vergangenen Montag mit einer optischen Abnahme der Raumfahrzeuge. Bis zum Ende dieser Woche sollen alle drei Satelliten auf einem gemeinsamen Adapter installiert sein, der ihren gleichzeitigen Transport in den Orbit mit Hilfe der Bris-KM Oberstufe ermöglicht. Den ersten Verlautbarungen des Projektteams bei der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) nach zu vermuten, hängt die nun angekündigte Verzögerung mit einer defekten Komponente der Oberstufe selbst zusammen. Sobald diese ausgewechselt ist, sollte die Integration des Nutzlastadapters samt Swarm in den Träger innerhalb der nächsten Woche(n) fortgesetzt werden können. Insgesamt erlebte die Mission, unter anderem durch Komplikationen mit dem gewählten Träger, bereits mehrfache Terminverschiebungen. Ursprünglich war sogar mit einem Start für das Jahr 2009 gerechnet worden.
Aufgabe der drei Swarm-Satelliten nach ihrem Start wird es sein, das Erdmagnetfeld in bisher unerreichter Präzision zu vermessen. Dabei interessieren insbesondere auch die Schwankungen und längerfristigen Veränderungen des Feldes im Hinblick nicht nur auf ihre Aussagekraft über das Innere unseres Planeten, sondern auch auf ihre Klimawirkung an seiner Oberfläche und in der Atmosphäre. Über die Prozesse im Erdinneren und ihre Auswirkungen auf Magnet- und Schwerefeld der Erde hatten zuvor bereits andere Forschungsmissionen vom All aus Daten gesammelt: etwa CHAMP (Deutschland) in den Jahren 2000 bis 2010, der Cluster-Verbund (Europa/USA) seit 2000, die Doppelmission GRACE (Deutschland/USA) seit 2002 und nach dem Start im Jahr 2009 auch der GOCE-Satellit (Europa).

Zwei der Swarm-Trabanten sollen in eine polare Umlaufbahn auf etwa 450 Kilometer Höhe gebracht werden, während der dritte Satellit noch etwa 80 Kilometer weiter entfernt den Blauen Planeten umkreisen wird. Durch diesen räumlich verteilten „Formationsflug“ der Mission kann eine genauere und umfangreichere Erfassung des Magnetfelds erfolgen, die, so hoffen die Projektbeteiligten, dessen verschiedenen Quellen unterscheidbar und damit ihre Wechselwirkung besser als bisher nachvollziehbar macht. Relevanz erlangt die Frage nach den Eigenschaften und den Einflüssen auf das Erdmagnetfeld vor dem Hintergrund seiner merklich abnehmenden Intensität während der letzten Dekaden. Grundsätzlich schirmt es, wie auch die Atmosphäre, einen Großteils des sowohl für Lebewesen als auch für niedrig fliegende, künstliche Erdsatelliten schädlichen Sonnenwinds ab. Bis zu seiner vollständigen, zyklischen Umpolung in voraussichtlich einigen tausend Jahren, wird das Feld wohl, nach jetzigem Wissensstand, ständig weiter an Stärke verlieren.

Swarms Satelliten weisen eine keilförmige, längliche Formgebung auf, die von Anfang an speziell im Hinblick auf die gemeinsame Integrierbarkeit im Nutzlastbereich nur einer Trägerrakete hin ausgerichtet wurde. Jedes der Raumfahrzeuge ist im Startzustand etwa fünf Meter hoch, misst jedoch in der Breite nur gut eineinhalb Meter. Samt mitgeführtem Treibstoff beträgt ihre Masse jeweils rund 470 Kilogramm.

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• Swarm
• Rockot-KM mit 3x Gonets-M
• GOCE mit Rockot

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Autor: Michael Stein & Karl Urban

Um eine möglichst optimale Auswahl unter den sechs noch verbliebenen Kandidaten zu treffen wurden führende europäische Wissenschaftler des Erdbeobachtungsprogramms Anfang dieser Woche zu einer zweitägigen Konferenz in die italienische ESA-Niederlassung in Friscati bei Rom eingeladen. Dort wurden ihnen die sechs Missionsvorschläge präsentiert, und die Forschergemeinde konnte anschließend ihre vier „Wunschkandidaten“ bestimmen. Bei der für dieses Frühjahr vorgesehenen Entscheidung der ESA-Gremien, welche der sechs Forschungsmissionen realisiert werden, wird das Votum der Konferenzteilnehmer eine wichtige Rolle spielen.

Neue Missionen in guter Tradition
Die vier neuen Erdbeobachtungsmissionen werden sich an erfolgreichen Vorgängern messen lassen müssen. Seit über einem Jahrzehnt leistet die ESA wichtige Beiträge auf dem Gebiet der satellitengestützten Erdbeobachtung. Mit dem Erdbeobachtungssatelliten ERS-1 begann 1991 das erste Kapitel dieser europäischen Erfolgsgeschichte, dem vier Jahre später der annähernd baugleiche ERS-2 folgte. Die beiden Satelliten konnten durch den Einsatz revolutionärer Radarinstrumente auch dann Informationen über den Zustand der überflogenen Erdregionen liefern, wenn Wolkenschichten oder fehlendes Tageslicht die Sicht auf die Erdoberfläche verhinderten. ERS-2 ist derzeit immer noch aktiv und liefert wertvolle Messdaten über die Ozeane, Eisregionen und Landoberflächen unserer Erde.

Diesen beiden Wegbereitern der europäischen Erdbeobachtung folgte dann im Jahr 2002 mit Envisat der größte jemals in Europa gebaute Forschungssatellit. Dieser mehr als acht Tonnen schwere und weltweit leistungsfähigste Erdbeobachtungssatellit ist mit weiterentwickelten Versionen der ERS-Instrumente sowie zusätzlichen Messinstrumenten zur Atmosphärenbeobachtung ausgestattet, die einen bis dahin unerreicht vielfältigen Blick auf unseren blauen Planeten ermöglichen.

Auf neuen Wegen
Dem Vorteil von Großsatelliten wie ERS oder Envisat, ein und dasselbe Gebiet der Erde gleichzeitig mit mehreren Instrumenten beobachten zu können, stehen jedoch auch einige Nachteile gegenüber: Entwicklung, Finanzierung und Administration solcher Großvorhaben sind extrem ressourcenintensiv. So lag vor dem Start von Envisat beispielsweise eine zehnjährige Planungs- und Entwicklungsphase, und die gesamte Mission wird insgesamt mehr als zwei Milliarden Euro kosten.

Um zukünftig schneller auf die Anforderungen und neuen Erkenntnisse der Wissenschaft reagieren zu können hat die ESA das Programm „Living Planet“ ins Leben gerufen. Es sieht für die nächsten Jahre eine größere Zahl von Erdbeobachtungssatelliten vor, die deutlich kleiner, spezialisierter und kostengünstiger als ihre Vorgänger ausfallen werden. Die vier neuen „Earth Explorer“-Missionen, deren Auswahl in den kommenden Wochen erfolgen wird, werden ein wichtiger Bestandteil der neuen ESA-Strategie sein.

Die Missionskandidaten
ACE+ (Atmosphere and Climate Explorer) kann die Veränderungen des Klimas global messen. Zwei Satelliten sollen ständig weltweit Profile der Temperatur, der Atmosphärenschichten und des Wasserdampfgehalts erstellen. Da die gesammelten Daten globusumspannend gewonnen werden, lassen sich daraus direkte Schlüsse auf die Entwicklung des Erdklimas ziehen.

Innerhalb des europäisch-japanischen Vorschlags EarthCARE (Earth Clouds, Aerosols and Radiation Explorer) steht ebenfalls die genaue Beobachtung der Erdatmosphäre im Vordergrund. Der Satellit soll zur Erforschung von Wolken und Aerosolen – kleinsten Partikeln und Gasen in der Luft – vertikale Atmosphärenprofile erstellen und sich so einen Überblick über die Veränderungen der Atmosphäre verschaffen.

Für aktive Erforschung des Wasserkreislaufs in der Atmosphäre soll WALES (Water Vapour Lidar Experiment in Space) sorgen. Der Satellit kann durch direkte Messungen das Vorkommen von Wasserdampf beobachten und aufzeichnen.

Neben diesen drei Missionen soll sich auch der Satellit EGPM (European contribution to Global Precipitation Measurement) mit Klimaphänomenen auseinandersetzen. Er wird Teil des bisher japanisch-amerikanischen Gemeinschaftsprojekts GPM, in dessen Rahmen etwa alle drei Stunden die Niederschläge weltweit gemessen werden sollen. Der kleine europäische EGPM-Satellit kann mit Hilfe vier verschiedener Wellenlängen zwischen Wasserdampf, flüssigem Wasser und Eis unterscheiden. Die Mission könnte dazu beitragen, Klimakatastrophen wie Sturmfluten besser zu verstehen und vorherzusagen.

Welche Rolle Pflanzen auf das globale Klima haben, ist noch immer stark umstritten: sie binden einen Großteil des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid, das heute vom Menschen im Übermaß freigesetzt wird. Der Satellit SPECTRA (Surface Processes and Ecosystem Changes Through Response Analysis) hat die Aufgabe, die Verbindung zwischen Vegetation und dem Kohlenstoff-Kreislauf besser zu verstehen und die klimatischen Auswirkungen, die daraus erwachsen, vorherzusagen.

Die Mission SWARM soll Veränderungen des natürlichen Magnetfelds der Erde aufzeichnen, denn dieses ist nicht beständig: Innerhalb der vergangenen 150 Jahre hat es sich um etwa 10 Prozent abgeschwächt, was mit einem anstehenden Umkehren von magnetischem Nord- und Südpol zusammenhängt und eine normale Entwicklung darstellt. Trotzdem ergeben sich durch die Abschwächung Auswirkungen auf das Klima, da das Magnetfeld die Erdatmosphäre nun weniger vor den Einflüssen solarer und kosmischer Strahlen schützen kann. Hier dürfte SWARM neue Erkenntnisse liefern, welche die Rolle des Erdmagnetfelds besser erklären können.

Realisierung in diesem Jahrzehnt
Ende Mai wird das für das Erdbeobachtungsprogramm der ESA zuständige Gremium zusammentreffen, um eine abschließende Empfehlung für die Aufnahme neuer Forschungsmissionen in das „Earth Explorer“-Programm auszusprechen. Bei der Entscheidung, welche der sechs Kandidaten dabei berücksichtigt werden, wird das auf der Konferenz im ESRIN geäußerte Votum der Erdbeobachtungsspezialisten eine gewichtige Rolle spielen. Einar-Arne Herland, Leiter des Bereichs Erdwissenschaften der ESA, weist auf die unterschiedliche Gewichtung der dabei angesprochenen Gesichtspunkte hin: „Auch technologische und finanzielle Aspekte sind diskutiert worden, aber die wissenschaftliche Exzellenz der vorgestellten Missionen war für die Teilnehmer dieser Konferenz natürlich von höchster Bedeutung“. Die neuen „Earth Explorer“-Missionen sollen bis zum Ende dieses Jahrzehnts realisiert werden.

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