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Europäische Raumfahrer wollen die Temperatur der Sonne messen

Kostenpflichtiger Inhalt: Raumfahrt : Auf Tuchfühlung mit unserer Sonne

In wenigen Tagen soll die Esa-Sonde Solar Orbiter von Cape Canaveral zu einer dreijährigen Reise ins Innere des Sonnensystems aufbrechen. Sie beobachtet die Pole der Sonne, die von der Erde aus nicht zu sehen sind.

Ein Tropfen Wasser auf einer heißen Herdplatte kann niemals heißer werden als die Herdplatte selbst. Um zu dieser Erkenntnis zu kommen, muss man kein Wissenschaftler sein. Das scheint so selbstverständlich, wie die Tatsache, dass ein Apfel vom Baum immer zu Boden und nicht in den Himmel fällt. Die Gesetze der Physik sind an jedem Ort der Erde und im Weltraum dieselben – und trotzdem. Es stimmt etwas nicht im All. Astrophysikern bereiten schon seit Langem Messungen aus der unmittelbaren Umgebung der Sonne Kopfzerbrechen.Während der sichtbare Rand der Sonnenscheibe eine Temperatur von fast 6000 Grad Celsius aufweist, treten in der Atmosphäre der Sonne, der sogenannten Korona, Temperaturen von mehreren Millionen Grad auf. Wie kann etwas heißer als seine Wärmequelle werden?

Zwar gibt es seit einigen Jahrzehnten Theorien, die das Phänomen erklären könnten, aber viele Details der Sonnen- und Sternenphysik sind immer noch unbekannt. Und allein mit Teleskopen von der Erde sind die in der Sonnenkorona ablaufenden Vorgänge nur für die Dauer weniger Minuten jeweils während einer totalen Sonnenfinsternis zu erforschen.

Mehr Erkenntnisse erhoffen sich Forscher nun von Messergebnissen, die Raumsonden liefern. Nachdem die amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde Nasa im Sommer 2018 eine Sonde auf den Weg zur Sonne brachte, wird die europäische Weltraumorganisation Esa in den kommenden Tagen einen weiteren Orbiter dorthin entsenden.

Etwa 1,8 Tonnen wiegt der vom Airbus-Konzern gebaute Solar Orbiter, dessen Solarzellen und das Antriebssystem aus Deutschland stammen. An Bord befinden sich zehn wissenschaftliche Instrumente. An sechs von ihnen sind deutsche Forschungseinrichtungen und -institute beteiligt. Gesteuert wird die Mission aus dem europäischen Satellitenkontrollzentrum Esoc in Darmstadt.

Der Solar Orbiter wird sich auf einer spiralförmigen Bahn innerhalb von dreieinhalb Jahren der Sonne bis auf 42 Millionen Kilometer nähern. Das entspricht etwa einem Viertel des durchschnittlichen Abstandes der Erde.

Am Ende seiner Mission wird der Solar Orbiter der Sonne näher sein als der Merkur, der innerste aller Planeten, erklärt Philippe Kletzkine, Projektmanager bei der europäischen Weltraumorganisation Esa. Noch dichter rückt nur die vor eineinhalb Jahren gestartete Nasa-Raumsonde Parker Solar Probe an die Sonne heran. Sie soll sich bis auf vier Millionen Kilometer nähern.

Den Planern der europäischen Sonnenmission geht es allerdings um einen völlig anderen Blickwinkel auf das Zentralgestirn unseres Planetensystems als den US-Forschern. Während Astronomen mit den Sensoren der Parker Solar Probe immer auf den Äquator der Sonne blicken, soll der europäische Solar Orbiter die Pole unter die Lupe nehmen. Um diesen Orbit zu erreichen, wird die Bahnebene der Sonde bei mehreren Vorbeiflügen an der Erde und der Venus angehoben, erklärt Esa-Projektmanager Philippe Kletzkine. Ziel ist eine Umlaufbahn, die um etwa 25 Grad gegen den Sonnenäquator geneigt ist. So lassen sich Regionen in der sogenannten Heliosphäre der Sonne erkunden, die bislang weitgehend unerforscht sind.

Nur die amerikanisch-europäische Raumsonde Ulysses hat in den Jahren zwischen 1994 und 2009 Messungen über den Sonnenpolen vorgenommen. Die Ulysses-Sonde beobachtete jedoch aus einer über viermal größeren Distanz und mit Messinstrumenten, die längst nicht so empfindlich waren wie die Geräte des Solar Orbiter.

Dessen Instrumente müssen vor gewaltigen Temperaturunterschieden geschützt werden. Die Sonde kann sich im Sonnenschein auf 520 Grad Celsius aufheizen und kühlt  auf der Schattenseite bis auf minus 180 Grad Celsius ab. Die hochempfindlichen Instrumente sollen dabei Magnetfelder und den Teilchenstrom des sogenannten Sonnenwinds messen, das Material der Sonde darf aber diese Messungen nicht stören. „Das hat uns an die Grenzen des technisch Machbaren geführt“, sagt Eckard Settelmeyer, Leiter des Bereiches Erdbeobachtung, Navigation und Wissenschaftssatelliten beim Airbus-Konzern. Rund 500 Millionen Euro kostet die Esa diese Sonnenmission, den Start mit einer US-Trägerrakete Atlas V nicht mitgerechnet. Die Ergebnisse sind nicht nur für die Wissenschaft bestimmt. Sie sollen langfristig die Vorhersage von Sonneneruptionen ermöglichen, die eine Gefahr für Satelliten sowie für Strom- und Datennetze auf der Erde darstellen.  Mit dem Solar Orbiter wird fortgesetzt, was vor mehr als vier Jahrzehnten mit den Flügen der deutsch-amerikanischen Sonnensonden Helios 1 und 2 begann. Die Planer der Esa rechnen mit einer Betriebsdauer des Solar Orbiters von sieben Jahren.