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Weltraum Solar-Sonde auf dem Weg zur Sonne

Autor Katharina Juschkat |

Die Sonde Solar Orbiter startet Anfang Februar ihre Mission zur Sonne. An Bord sind zehn hochempfindliche Messinstrumente, die vor Temperaturen bis 500°C und Teilchenstrahlung geschützt werden müssen.

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Der Solar Orbiter soll sich der Sonne auf 42 Millionen Kilometer nähern – hier in einer künstlerischen Darstellung.
Der Solar Orbiter soll sich der Sonne auf 42 Millionen Kilometer nähern – hier in einer künstlerischen Darstellung.
(Bild: ESA/ATG medialab; Sun: NASA/SDO/ P. Testa (CfA))

Am 8. Februar soll Solar Orbiter starten, ein Flaggschiff-Projekt der ESA und NASA. Die Raumsonde soll im Laufe ihrer mehrjährigen Mission die Sonne beobachten und Messungen durchführen, die bisher so noch nie unternommen wurden. Auch wird die Sonde die ersten Bilder von den Polarregionen der Sonne liefern. Dabei müssen die Hitzeschilde der Sonne enormen Belastungen standhalten.

Folgende wichtige Fragen will der Solar Orbiter beantworten:

Sonnenwind: Was treibt den Sonnenwind und die Beschleunigung der Sonnenwindteilchen an?

Polargebiete: Was passiert in den Polarregionen, wenn das solare Magnetfeld die Polarität wechselt?

Magnetisches Feld: Wie wird das Magnetfeld im Inneren der Sonne erzeugt und wie breitet es sich durch die Sonnenatmosphäre und nach außen in den Raum aus?

Weltraumwetter: Wie wirken sich plötzliche Ereignisse wie Flares und koronale Massenauswürfe auf das Sonnensystem und auf unsere Erde aus?

Der Solar Orbiter soll am 8. Februar 2020 mit einer Atlas V 411 Rakete von Cape Canaveral in Florida starten. Um sich der Sonne anzunähern, nutzt der Solar Orbiter die Schwerkraft der Venus und der Erde aus. Im Laufe der Mission wird die Sonde immer wieder in die Nähe der Venus zurückkehren und mit Hilfe der Schwerkraft des Planeten seine eigene Umlaufbahn kippen oder leicht verändern, um verschiedene Perspektiven auf die Sonne einnehmen zu können.

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Feindliche Regionen: 42 Millionen Kilometer vor der Sonne

Der Hitzeschild muss Temperaturen bis 500°C und Ausbrüche von Teilchenstrahlung aushalten.
Der Hitzeschild muss Temperaturen bis 500°C und Ausbrüche von Teilchenstrahlung aushalten.
(Bild: Airbus Defence and Space)

Der Solar Orbiter muss jahrelang in einer der feindlichsten Regionen des Sonnensystems operieren. Er wird sich etwa 42 Millionen Kilometer an die Sonne annähern, was etwas mehr als einem Viertel der Entfernung zwischen der Sonne und der Erde ist. So nahe an der Sonne wird die Sonde dem Sonnenlicht 13 Mal intensiver ausgesetzt sein als das, was wir auf der Erde empfinden. Der Orbiter muss auch starke Ausbrüche von Teilchenstrahlung aus Explosionen in der Sonnenatmosphäre ertragen. Der Hitzeschild der Sonde ist der Schlüssel, der die Mission erst ermöglicht, da die Sonde Temperaturen von 500°C aushalten muss. Kleine Schiebetüren mit hitzebeständigen Fenstern lassen das Sonnenlicht zu den wissenschaftlichen Instrumenten eindringen, die sich direkt hinter dem Hitzeschutzschild befinden.

Die zehn Instrumente an Bord:

  • Energetischer Partikeldetektor: Misst energetische Partikel, die an dem Raumschiff vorbeifließen. Die Daten werden den Wissenschaftlern helfen, die Quellen, Beschleunigungsmechanismen und Transportprozesse dieser Teilchen zu untersuchen.
  • Magnetometer: Misst das Magnetfeld um das Raumfahrzeug. Es wird dazu beitragen, zu bestimmen, wie das Magnetfeld der Sonne mit dem restlichen Sonnensystem verbunden ist und sich mit der Zeit verändert.
  • Radio- und Plasmawellen: Misst die Variation der magnetischen und elektrischen Felder mit einer Reihe von Sensoren und Antennen. Dies wird dazu beitragen, die Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen und Felder im Sonnenwind zu bestimmen.
  • Sonnenwind-Plasma-Analysator: Eine Reihe von Sensoren messen die Volumeneigenschaften des Sonnenwindes (z.B. Dichte, Geschwindigkeit und Temperatur). Es wird auch die Zusammensetzung des Sonnenwindes messen.
  • Extrem-Ultraviolett-Bildgeber: Nimmt Bilder von der Sonnenchromosphäre, der Übergangsregion und der Korona auf. Damit können die Wissenschaftlern die mysteriösen Erwärmungsprozesse dieser Regionen untersuchen.
  • Koronagraph: Nimmt gleichzeitig Bilder der Korona im sichtbaren und ultravioletten Wellenlängenbereich auf. Dies wird die Struktur und Dynamik der Sonnenatmosphäre in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit zeigen.
  • Polarimetrischer und helioseismischer Bildaufnehmer: Liefert hochauflösende Messungen des Magnetfeldes in der gesamten Photosphäre und Karten seiner Helligkeit bei den sichtbaren Wellenlängen. Erstellt Geschwindigkeitskarten der Bewegung der Photosphäre.
  • Heliosphären-Imager: Nimmt Bilder des Sonnenwindes auf, indem es das von den Elektronenteilchen im Wind gestreute Licht einfängt. Dies wird die Identifizierung von transienten Störungen im Sonnenwind ermöglichen.
  • Spektrale Bildgebung der koronalen Umgebung: Deckt die Eigenschaften des solaren Übergangsbereichs und der Korona durch die Messung der vom Plasma abgegebenen extremen ultravioletten Wellenlängen auf.
  • Röntgen-Spektrometer/Teleskop: Erkennt die von der Sonne ausgehende Röntgenstrahlung. Diese könnte von heißem Plasma stammen, das oft mit explosiver magnetischer Aktivität wie Sonneneruptionen in Verbindung steht.

Im Detail: Das Röntgenteleskop STIX

STIX soll die Sonneneruptionen genauer untersuchen und vielleicht die Vorhersage von großen Eruptionen möglich machen wird. Entwickelt wurde es an der Hochschule für Technik der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) in Zusammenarbeit mit mehreren Schweizer Industriepartnern wie Almatech. Auch Schweizer Antriebe von Maxon kommen im Röntgenteleskop zum Einsatz. Zwei speziell modifizierte DC-Motoren mit Durchmessern von 13 Millimetern bewegen ein Dämpfungsnetz aus Aluminium, welches je nach Bedarf vor die 30 Detektoren von STIX geschoben wird. Die Mikroantriebe sind parallel platziert, können gemeinsam oder einzeln betrieben werden, was einen reibungslosen Betrieb über die ganze geplante Mission sicherstellt. Das Design basiert auf Mikromotoren, die bald im Exo-Mars-Rover der ESA zum Einsatz kommen. Bei der Auswahl der Antriebe haben vor allem das geringe Gewicht, die Energieeffizienz und die Vibrationsbeständigkeit eine wichtige Rolle gespielt.

(ID:46336155)

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