Der Sonne so nah

Koronale Massenausstöße (Coronal Mass Ejections/CMEs) sind die energiereichsten physikalischen Prozesse in der Sonnenkorona. Dabei werden in Form riesiger Gasblasen, die Geschwindigkeiten von bis zu 3.000 km/s erreichen, Millionen Tonnen Materie aus der Korona in den Weltraum ausgestoßen. Kurz nach ihrer Entstehung beträgt die Ausdehnung dieser Gasblasen ein Vielfaches der Sonne selbst. Treffen diese CMEs auf das äußere Magnetfeld der Erde, so lösen sie nicht nur die bekannten, sehr schönen Polarlichter aus, sondern lösen mitunter auch Satellitenausfälle oder Telekommunikationsstörungen außerdem haben sie Einfluss auf unser globales Erdenwetter.

NASA: Die Sonne mit einer sehr beeindruckenden eruptiven Protuberanz

Gefahr aus dem All: Sonnenstürme und Eruptionen

Neben ihrem wohltuenden Licht sendet die Sonne auch kontinuierlich Teilchenströme, den Sonnenwind, aus. In unregelmäßigen Abständen sind darin riesige Gas- und Magnetfeldwolken eingebettet - eine instabile Deformation des koronalen Magnetfelds kann einen Masseneruption (CME) auslösen, die eine Energie von bis zu 10_0 kWh haben.

Treffen sie auf die Erdmagnetosphäre können sie Teilchenschauer und magnetische Stürme auslösen und, je nach Stärke, viele Schäden anrichten. Mögliche Störungen reichen von Ausfällen des Funkverkehrs und des Radioempfangs, Schäden an der Stromversorgung, Störungen von Navigationssystemen, Beeinträchtigungen an der Satellitenelektronik bis hin zu akuter Strahlungsgefahr für die Astronauten.

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Der größte geschichtlich bekannte Sonnensturm fand am 1. September 1859 statt und verursachte weltweite Kurzschlüsse in den gerade eingeführten elektrischen Telegraphieleitungen und die Polarlichter dehnten sich südwärts bis nach Rom und Havanna aus. 1977 geriet die NASA-RaumstationSkylab durch unerwartet starke Sonnenstürme in Gefahr. Der NASA-Bodenkontrolle gelang es nicht mehr, den Flug der Skylab-Station zu stabilisieren. Diese stürzte 1979, drei Jahre früher als geplant, ins Meer. Glücklicherweise waren in diesen "stürmischen Zeiten" keine Astronauten mehr an Bord.

10 Jahre später, gab es wieder ein Jahr mit extrem starken Sonnenwinden. In der Nacht des 13. März 1989 traf ein besonders starker Sonnensturm den Norden Kanadas, innerhalb weniger Sekunden brach die gesamte Stromversorgung zusammen. 6 Millionen Kanadier waren für 9 Stunden ohne Strom. Damit man in Zukunft bessere Vorhersagen treffen kann, um geeignete Vorkehrungen für solche Groß-Ereignisse treffen zu können, sollen nun die Wissenschaftlern mit der Mission STEREO den Geheimnissen der Sonne auf die Spur kommen. Mit STEREO können erstmals CMEs von ihrem Entstehen auf der Sonne bis hin zur Erde direkt verfolgt und realistische Prognosen des Weltraumwetters erstellt werden.

NASA: Bisherige Beobachtungen (aus Erdnähe) gaben keine Hinweise auf die räumliche Struktur der Materienauswürfe (CME). Das Projekt STEREO mit zwei fast identischen Raumsonden soll die Sonne und den Teilchenfluss in bisher nie da gewesener 3-D-Darstellung beobachten. Ihr Winkelabstand wächst im Mittel um 44° pro Jahr, die Kameras haben ein Blickfeld von fast 180°.

Missionsverlauf

Nach ihrem gemeinsamen Start auf der Trägerrakete Delta II 7925-10L werden die beiden Sonden, bevor sie ihre endgültige Beobachtungspositionen im All nach über drei Monaten einnehmen, sich auf einer hochelliptischen Umlaufbahn bewegen, deren Apogäum in Höhe der Mondumlaufbahn liegt. Diese Umlaufbahnen werden sie 4,5 Mal durchlaufen und sich dabei langsam aber mit geringem Abstand voneinander entfernen.

Nach zwei Monaten wird eine der Sonden (B) so vom Erdmond abgelenkt, dass sie in entgegengesetzter Richtung zur Sonne von der Erde wegkatapultiert und ihren Platz auf der für sie zugewiesene Umlaufbahn um die Sonne, die etwas größer als die Erdbahn ist, einnehmen wird. Etwa einen Monat danach wird die zweite STEREO-Sonde durch ein ähnliches "Swing-by"-Manöver am Mond auf eine Bahn gelenkt, die der Erde voraus läuft. Beide Sonden entfernen sich in entgegengesetzter Richtung in der Erdumlaufbahn von der Sonne-Erde-Linie um einen Winkel von etwa 22° pro Jahr (Quicktime-Movie NASA):

Technik

Die beiden Stereo-Sonden A+B sind fast identisch aufgebaut und verfügen über eine entsprechendes redundantes Sicherheits-System. Die Integration der Instrumente und der Bau der Sonden erfolgte durch das Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins Universität, Maryland. Die zwei solarbetriebenen, dreiachsigen "Sonnen-Oberservatorien" haben ein Startgewicht von 642 kg. Im "ausgeklapptem All-Zustand" sind sie jeweils 7,4 m lang, 8,6 m breit mit ausgefahrenen Sonnenkollektoren und ihre Höhe beträgt 5,8 m. Der Energieverbrauch beträgt jeweils 475 Watt.

Beide Sonden verfügen über die nachfolgenden vier Instrumentpakete: SECCHI (Sun Earth Connection Coronal and Heliospheric Investigation), in diesem Block befinden sich eine hochempfindliche ultraviolette Kamera, zwei Weißlicht-Koronografen und eine Kamera zur Beobachtung der Heliosphäre. Diese Instrumente studieren die Entwicklung von koronalen Massenauswürfe - von der Entstehung auf der Sonnenoberfläche bis auf ihr Auftreffen auf die Erde.

SWAVES (Stereo/Waves) verfolgt die entstandenen Radiostörungen bis zu Erde. IMPACT (In-situ Measurements of Particles and CME Transients) wird die dreidimensionale Verteilung und die Plasmaeigenschaften der energiereichen Sonnenpartikel ermitteln sowie das lokale Magnetfeld messen.

PLASTIK (Plasma and SupraThermal Ion Composition) studiert die Plasmaeigenschaften der Protonen, Alphateilchen und der schweren Ionen. Dieses Instrument liefert Informationen über die Masse- und Ladungsverteilung schwerer Ionen und den Unterschied von CME-Plasma zu dem umgebenden Plasma.

Nach erfolgreichem Abschlusstest laufen nun die Startvorbereitungen

Die STEREO-Sonden sind so ausgelegt, dass sie weitgehend autonom arbeiten. Das ermöglicht eine Trennung der Kontrolle der Raumfahrzeuge und ihrer Instrumente. Die Experimentwissenschaftler kontrollieren daher ihre Experimente von eigenen "Payload Operation Centers" aus. Einmal täglich werden die Steuerkommandos über das "STEREO Mission Operations Center", das sich am "Applied Physics Laboratory" (APL) der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland, befindet, gegeben. Von dort werden sie zusammen mit den Kommandos für die Sonden über das "Deep Space Network" der NASA an die Raumfahrzeuge gesendet.

In Bezug auf das Nasa-Projekt "The Vision for Space Exploration" , das unter anderem eine Weltraum-Basis auf dem Mond vorsieht (vgl. Erdaußenposten: "Mondbasis Alpha 1") bekommt das Thema "Sonnenstürme" eine neue Relevanz, denn im Gegensatz zur Erde, die geschützt ist durch die dichte Atmosphäre und einem Magnetfeld, ist der Mond und auch die Menschen, die dann irgendwann einmal auf dieser Mondbasis leben, der Strahlung schutzlos ausgeliefert.