NASA-Sonde "Parker Solar Probe" Der Sonne nah wie noch nie
Eine Sonde der NASA wird am 24. Dezember so nah wie kein anderes menschengemachtes Objekt an die Sonne heranfliegen. Forschende sprechen von der ersten Berührung eines Sterns durch den Menschen.
Mit der Raumsonde "Parker Solar Probe" erforscht die NASA die Sonne. Zum Zeitpunkt ihrer größten Annäherung werden nur noch vier Prozent des Abstandes Erde-Sonne die Sonde von der Sonnenoberfläche trennen. Ein spezieller Hitzeschild schützt die Sonde vor der intensiven Sonnenstrahlung. Ziel der Mission ist es, immer tiefer in die Atmosphäre der Sonne einzutauchen.
Von der Venus zur Sonne
Seit 2018 ist die "Parker Solar Probe" auf einer elliptischen Flugbahn um die Sonne unterwegs. Der Rekordflug an Heiligabend ist bereits die 22. Annäherung der Sonde an die Sonne. Bei jedem dieser Anflüge wurde der Abstand im sonnennächsten Punkt der Bahn immer geringer.
Verantwortlich dafür waren Bahnkorrekturmanöver, die im sonnenfernen Abschnitt der Bahn durchgeführt wurden. Bei insgesamt sieben Vorbeiflügen an der Venus wurde durch deren Anziehungskraft die Flugbahn der "Parker Solar Probe" immer stärker in Richtung Sonne gelenkt.
Sonde soll Rätsel um Sonnenwind lösen
Die Sonne ist eine Kugel aus ionisiertem Gas, sogenanntem Plasma. Um diese Plasmakugel herum befindet sich eine sehr dünne Gashülle - die Atmosphäre der Sonne, die auch Korona genannt wird. Die Korona leuchtet, ist aber so fein strukturiert und daher lichtschwach, dass die Helligkeit der Sonne sie überstrahlt. Von der Erde aus ist die Korona nur bei Sonnenfinsternissen für wenige Minuten zu erkennen.
Die Korona lässt sich in zwei Bereiche unterteilen: Der untere Teil dieser Sonnenatmosphäre ist durch die Schwerkraft der Sonne an diese gebunden. In einem Abstand von mehreren Sonnenradien sorgt aber ein bislang nicht komplett verstandener Effekt dafür, dass Teilchen aus der Sonnenatmosphäre hinaus ins Weltall geschleudert werden.
Dieses vom Solar Dynamics Observatory der NASA bereitgestellte Bild zeigt eine Sonneneruption, den hellen Blitz rechts. Von einer Sonneneruption spricht man, wenn der Teilchenstrom kurzzeitig an einer Stelle besonders stark ist.
Dieser von der Sonne weg ins Weltall gerichtete Teilchenstrom wird als Sonnenwind bezeichnet. Der Sonnenwind umströmt die Planeten des Sonnensystems. Auf der Erde ist er verantwortlich für die Entstehung von Polarlichtern. Den Grund für die Entstehung des Sonnenwinds aus der oberen Sonnenatmosphäre vermuten Forschende im unteren Teil der Korona.
Die "Parker Solar Probe" ist die erste Sonde, die diesen unteren Teil der Sonnenatmosphäre durchfliegt und so noch fehlende Daten für die Lösung des Rätsels um den Sonnenwind liefern kann.
Sonnenstürme - Gefahr für die Erde?
Kommt es zu kräftigeren Ausbrüchen aus der Sonnenkorona, sogenannten koronalen Masseauswürfen, kann der Sonnenwind auch zum Sturm werden. Wenn Sonnenstürme die Erde treffen, ist ihre Strahlung eine Gefahr für Satelliten, Astronauten und Stromnetze auf der Erde.
Unter dem Einfluss eines Sonnensturms kann sich die äußere Erdatmosphäre erwärmen und ausdehnen. Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen spüren dadurch plötzlich die Reibung an der Erdatmosphäre und sinken ab. Im schlimmsten Fall stürzen sie ab und verglühen in tieferen Atmosphärenschichten.
Ein besseres Verständnis der Entstehung der Sonnenstürme würde zu besseren Vorhersagen und Warnungen führen. Die Betreiber von Satelliten könnten die Umlaufbahnen ihrer Satelliten dann rechtzeitig etwas anheben, um der sich ausdehnenden Atmosphäre zu entkommen.
Rätselhafter Temperatursprung in Sonnennähe
Neben der Entstehung des Sonnenwinds ist der Temperaturunterschied zwischen Sonnenoberfläche und Korona ein weiteres großes Sonnenrätsel. Während an der Sonnenoberfläche Temperaturen um 5.500 Grad Celsius gemessen werden, herrschen in der darüber liegenden Korona Temperaturen um eine Million Grad Celsius.
Die "Parker Solar Probe" hat bei ihren ersten Passagen durch die Korona bereits Hinweise darauf gefunden, dass Knicke im Verlauf der Magnetfeldlinien ein Teil der Lösung des Rätsels sein könnten. Die Auflösung dieser Knicke durch spontane Verkürzung der Feldlinien könnte die Energie für die Erhitzung der Korona und die Beschleunigung der Teilchen des Sonnenwinds liefern.
Sonde überlebt extreme Hitze
Ein spezieller Hitzeschild schützt die Sonde vor der intensiven Sonnenstrahlung. Er besteht aus mehreren Carbon-Schichten und ist mit 73 Kilogramm ein Leichtgewicht - bei immerhin 2,3 Meter Durchmesser und zwölf Zentimeter Dicke.
Eine weiße Keramikschicht auf seiner Außenseite reflektiert den Großteil der von der Sonne auftreffenden Strahlung. Der nicht reflektierte, sondern absorbierte Teil der Strahlung reicht aber immer noch aus, um den Schild auf seiner Sonnenseite bis auf 1.400 Grad Celsius aufzuheizen. Im Schatten des Schildes, wo die Messinstrumente im Sondenkörper verbaut sind, wird es dagegen nur angenehme 30 Grad warm.
Messgeräte im Schatten der Sonde
Sieben am Außenrand der Geräteplattform verteilte Sensoren erkennen, sobald Sonnenlicht am Schild vorbei auf die Oberfläche des Sondenkörpers fällt. Die Sensoren melden diesen Lichteinfall an eine Steuereinheit, welche sofort damit beginnt, die Ausrichtung der Sonde so zu korrigieren, dass der Sondenkörper wieder komplett im Schatten des Hitzeschilds liegt. Diese schnelle Korrektur muss ohne menschliches Zutun automatisch geschehen, weil ein Steuerbefehl von der Erde knapp acht Minuten benötigen würde, um die Sonde zu erreichen.
Fast alle Bauteile der Sonde verbergen sich im Schatten des Schildes vor der Hitze in Sonnennähe. Lediglich ein aus hoch hitzebeständigen Metallen gefertigtes Instrument zur Messung des Sonnenwinds und hitzefeste Solarzellen für die Stromversorgung schauen noch hinter dem Schild hervor. Der größte Teil der Solarzellen wird aber in Sonnennähe hinter den Schild eingezogen und erst in sicherer Entfernung von unserem Zentralstern wieder ausgefahren.
Schnellstes vom Menschen gefertigte Objekt
Die Idee, in die Atmosphäre der Sonne hineinzufliegen, stammt aus dem Jahr 1958 - aber damals stand die Technik, um die Sonde vor der Hitze zu schützen, nicht zur Verfügung. Zudem fehlten die Computer, um die komplizierte Flugroute zu berechnen, auf der die Sonde mehrfach durch Vorbeiflüge an der Venus Schwung holt und so auf über 700.000 Stundenkilometer beschleunigt wird, um auch in Sonnennähe eine stabile Umlaufbahn halten zu können. Die Sonde wird damit das schnellste jemals von Menschen gefertigte Objekt sein.
Benannt wurde die Mission nach Eugene Parker, einem Pionier der modernen Sonnenforschung. Aufgrund seiner Berechnungen kam er als erster zu dem Schluss, dass es einen konstanten Strom von Teilchen von der Sonne weg hinaus ins All geben musste - und er war es, der diesen Teilchenstrom "Sonnenwind" nannte.