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Solar Orbiter

[Künstlerische Darstellung von Solar Orbiter]

Künstlerische Darstellung von Solar Orbiter (Bildnachweis: ESA/ATG Medialab)

 

Solar Orbiter (SolO) ist eine ESA-Raumsonde und Teil des Cosmic Vision Programms. Die wissenschaftliche Nutzlast besteht aus zehn Instrumenten, die von verschiedenen Konsortien in Europa gebaut wurden. Die NASA beteiligt sich auch an dem Projekt, indem sie unter anderem den Start durchführt (s. auch den SolO Blog).

SolO wurde am 9. Februar 2020 um 23:03 Uhr ET (Ortszeit am Startort) / 10. Februar 2020 um 5:03 Uhr MEZ vom Startkomplex 41 an der Cape Canaveral Air Force Station in Florida mit einer Atlas V 411-Rakete gestartet.

 

[Start des Solar Orbiters]

Start des Solar Orbiters mit einer Atlas V Rakete (Bildnachweis: United Launch Alliance).
[Bild anklicken, um ein Video vom Start zu sehen.]

Nach dem Start muss sich die Raumsonde über einen längeren Zeitraum hinweg der Sonne annähern, bevor die nominelle Missionsphase im November 2021 beginnen kann. SolOs Mission ist es, die Sonne - unseren Nachbarstern - in verschiedenen Wellenlängenbereichen (sichtbares Licht, Radio, extremes Ultraviolett und Röntgenstrahlung) mit noch nie dagewesener Auflösung zu erforschen. Ergänzend dazu wird SolO In-Situ-Messungen, d.h. Messungen am Ort der Sonde durchführen, die noch keine andere Sonde zuvor durchgeführt hat.

Die Reise wird SolO auf eine elliptische Umlaufbahn nahe der Sonne führen. Bei der größten Annäherung wird SolO nur etwa 60 Sonnenradien (42 Millionen km oder 0,28 astronomische Einheiten; eine astronomische Einheit entspricht der Entfernung zwischen Erde und Sonne) von der Sonnenoberfläche entfernt sein. In dieser Entfernung erfährt die Raumsonde etwa das 13-fache des Strahlungsflusses, den sie auf der Erdumlaufbahn erfahren würde. Zum Schutz des Raumfahrzeugs und seiner Instrumente trägt es einen besonderen Hitzeschild, der als Sandwichstruktur aus Hochtemperatur-Mehrschicht-Isolierfolie, beschichtet mit "Solar Black" aufgebaut ist, um den hohen Temperaturen standzuhalten.

SolO wird sich mit dem Planeten Venus in einer resonanten Umlaufbahn um die Sonne befinden. Bei jedem dritten Umlauf um die Sonne wird SolO dicht an der Venus vorbeifliegen und eine Schwerkraftumlenkung erfahren, womit seine Neigung gegenüber der Erdbahnebene leicht anwachsen wird. Am Ende der "Extended Mission Phase" (2030) wird SolO eine Neigung von ca. 30° zum Sonnenäquator erreicht haben.

SolO ist die erste Raumsonde, die die Polarregionen der Sonne detailliert untersuchen wird. Bei höchster Annäherung zur Sonne wird SolO sich bewegen mit ungefähr der selben Geschwindigkeit, wie die Sonne rotiert, so dass langzeit Beobachtungen einer bestimmten Region auf der Sonne möglich werden.

 

Instrumente

SolO ist mit vier In-Situ- und sechs Fernerkundungsinstrumenten ausgestattet. Die In-Situ-Instrumente dienen zum Messen und Beobachten der Umgebungsbedingungen in unmittelbarer Nähe des Raumfahrzeugs, während die Fernerkundungsinstrumente die Oberfläche und Atmosphäre der Sonne detailliert erkunden.

 

Solar Orbiter Instrumente
Fernerkundungs- und In-Situ-Instrumente von Solar Orbiter (Bildnachweis: ESA)

 

Kurz nach dem Start hat eine längere Testphase begonnen, die als Near Earth Commissioning Phase (NECP) bekannt ist. Es endete am 15. Juni 2020, als die Inbetriebnahme aller 10 Instrumente an Bord von SolO für erfolgreich erklärt wurde.

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) hat wesentlich zur Entwicklung des Fernerkundungsinstrumentes STIX beigetragen. Darüber hinaus war das AIP an der Entwicklung der In-Situ-Instrumente EPD/HET&EPT beteiligt.

 

Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays (STIX)

STIX ist ein Röntgenteleskop der neuesten Generation, das von einem Konsortium unter Leitung der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) gebaut wurde. Es ermöglicht bildgebende Spektroskopie mit der höchsten räumlichen Auflösung und Empfindlichkeit von thermischer und nicht-thermischer Röntgenstrahlung. Das AIP hat sich vom Bau bis zur Abgabe am Imager beteiligt, der ein zentraler Bestandteil des Instruments ist.

 

Flugmodell des STIX-Imagers und der Detektor/Elektronikbox
Flugmodell des STIX-Imagers (vorne) und der Detektor/Elektronikbox (hinten) (Bildnachweis: Hakan Önel, AIP)

 

[STIX Instrument]

Die Bauteile des STIX Instruments (Bildnachweis: STIX Konsortium)

 

Die beiden Teile (der Imager und die Detektor/Elektronikbox) von STIX sind unabhängig voneinander am Raumfahrzeug angebracht. Der Imager besteht im Wesentlichen aus 32 Paaren von Wolframgitter, die vor 32 gepixelten Cadmium-Tellurid-Detektoren angebracht sind, die sich in der Detektor- und Elektronikbox befinden und das Spektrometer bilden.

STIX deckt den Energiebereich zwischen 4 keV und 150 keV mit einer energieabhängigen Auflösung von 1 keV bis 15 keV ab. Seine feinste Winkelauflösung und zeitliche Auflösung betragen 7 Bogensekunden bzw. 0,1 Sekunden.

Durch Messung der harten Röntgenstrahlung wird STIX die physikalischen Parameter des heißesten Flare-Plasmas sowie den Ort, das Spektrum, und den Energieinhalt der im Flare beschleunigten nichtthermischen Elektronen bestimmen. Somit wird STIX die hochenergetische Verbindung zwischen Fern- und In-Situ-Beobachtungen herstellen.

In 2017 wurden STIX und alle andere Instrumenten bei Airbus in Stevenage (Grossbritannien) am Solar Orbiter angebaut.

[Instrumente: Anbau]

Einige Instrumente bereit für den Anbau an Solar Orbiter (Bildnachweis: Airbus)

 

Energetic Particle Detector (EPD)

Das Team am AIP hat auch an der Entwicklung des "Electron Proton Telescope (EPT)" teilgenommen. Dieses Teleskop ist ein Teil vom Instrument EPD.

[Das EPD Instrument]

Das Energetic Particle Detector (EPD) Instrument (Bildnachweis: EPD Konsortium)

 

AIP Team, das wesentlich am Solar Orbiter arbeitet (alphabetisch):

- apl. Prof. Dr. Gottfried Mann (seit 2008)
- Dr. Hakan Önel (2008-2019, seit 2020 als Berater)
- Dr. Jürgen Rendtel (seit 2008)
- Dr. Frederic Schuller (seit 2019)
- Dr. Alexander Warmuth (seit 2008)

Die Hardware-Beiträge des AIP konnten mit der Unterstützung der Forschungstechnik des Instituts geleistet werden.

[AIP-STIX Team]

Einige AIP Mitarbeiter, die sich an STIX beteiligt haben (Bildnachweis: AIP)

 

Weiterführende Links:

- ESA: Solar Orbiter - die Mission
- STIX: Projekt Webseite
- Twitter: Solar Orbiter