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"Solar Orbiter":Europa startet zur Sonne

Start der Sonnenforschungs-Sonde Solar Orbiter

Ab die Post: Von Cape Canaveral werden auch 50 Jahre nach Apollo wichtige Missionen gestartet.

(Foto: Jared Frankle/dpa)
  • Die Raumsonde Solar Orbiter ist in Florida gestartet, sie soll ein neues Zeitalter in der Sonnenforschung einleiten.
  • Bei der Mission sollen Stärke und Richtung des Magnetfelds an der Sonnenoberfläche vermessen werden, Physiker erhoffen sich davon auch Einblicke, was im Innern der Sonne vor sich geht.
  • Der Sonnenwind und andere hochenergetische Teilchen von der Sonne können auch für die Erde zum Problem werden.

Der Stern, um den sich in dieser Nacht alles dreht, ist längst hinter dem Horizont verschwunden. Und doch blicken weltweit führende Sonnenforscher gebannt in den Himmel über dem "Sunshine State", wie die Amerikaner Florida nennen. Dort entflieht im Dunkel der Nacht auf Montag eine Raumsonde der Anziehungskraft der Erde. Sie ist wenige Sekunden zuvor gestartet und heißt Solar Orbiter. Sie soll - so die Hoffnung der Astronomen - ein neues Zeitalter in der Sonnenforschung einleiten.

Das neue Zeitalter beginnt pünktlich um 23.03 Uhr Ortszeit mit einem Feuerball, der hell wie eine kleine Sonne die Sümpfe Floridas erleuchtet. Wobei: Eigentlich hat das neue Zeitalter schon Ende der 1990er-Jahre begonnen. "Ehrlich gesagt, beschäftigt uns Solar Orbiter seit mehr als zwanzig Jahren", sagt Sami Solanki, Astrophysiker am Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, einer der wissenschaftlichen Leiter der Mission. Damals entwickelten Max-Planck-Forscher die Idee für eine neuartige Sonnensonde. Jahre später, Anfang des neuen Jahrtausends, sprang die Europäische Raumfahrtagentur Esa darauf an. 2011 genehmigte sie schließlich die Mission.

Dass Solar Orbiter nun - viele Jahre und viele technische Hürden später - endlich in den schwarzen, nur vom Mond erleuchteten Himmel über Florida abheben kann, ist nicht nur der Beharrlichkeit und dem Durchhaltevermögen aller Beteiligten geschuldet, sondern auch deren immenser Neugier. Die Sonne, so vertraut, so friedlich, so harmlos sie am Himmel erscheinen mag, ist nichts von alledem: Für Astronomen ist sie noch immer eine große Unbekannte. Und für die Menschen auf der Erde ist sie nicht nur Licht- und Energiespender, sie ist auch eine fortwährende Gefahr. Eine weitgehend unverstandene Gefahr.

An der Oberfläche ist die Sonne 6000 Grad heiß, direkt darüber sind es eine Million

"Obwohl die Sonne der mit Abstand am besten beobachtete Stern ist, ist es beschämend, wie wenig wir noch immer über ihn sagen können", sagt Solanki. Unklar bleibt zum Beispiel, warum der Stern unablässig einen Strom geladener Teilchen mit bis zu 2,7 Millionen Kilometern pro Stunde ins All schleudert. Dieser sogenannte Sonnenwind ist allerdings nicht das größte Problem. Von Zeit zu Zeit bekommt der Feuerball auch eine Art kosmischen Schluckauf. Dann spuckt er auf einen Schlag Milliarden Tonnen geladener Teilchen ins Sonnensystem. Die schnellsten dieser Partikel erreichen bereits 15 Stunden später die Erde, wo sie Satelliten beschädigen und Stromnetze überlasten können.

Das vielleicht größte Mysterium der Sonne sitzt aber in ihrer Atmosphäre: Während der Stern an seiner Oberfläche eine Temperatur von knapp 6000 Grad Celsius erreicht, werden es direkt darüber, in der sogenannten Korona, plötzlich mehr als eine Million Grad Celsius.

Sonnenforscher haben bislang keine schlüssige Erklärung, was hinter diesen Phänomenen stecken könnte. Sie haben aber seit Langem einen Verdächtigen: das Magnetfeld der Sonne - ein "wirres Durcheinander", wie Daniel Müller, Projektwissenschaftler bei der Europäischen Raumfahrtagentur Esa, sagt. Dieses Feld mit knäuelartig verhedderten Feldlinien entsteht, so die Theorie, weil in den äußeren Regionen des Sterns ein Gas aus geladenen Teilchen, ein sogenanntes Plasma, aufsteigt und wieder absinkt, während es zugleich durch die Rotation der Sonne verwirbelt wird - ein komplexer Prozess, in den Solar Orbiter hoffentlich etwas Licht bringen wird.

So soll ein von Solanki und seinem Team entwickeltes Instrument Stärke und Richtung des Magnetfelds an der Sonnenoberfläche vermessen. Indirekt erhoffen sich die Heliophysiker dadurch allerdings auch Einblicke, was im Innern der Sonne vor sich geht. Andere der zehn Instrumente an Bord sollen den Sonnenwind und seinen Ursprungsort in der Korona vermessen. Oder sie sollen nach Röntgenstrahlen suchen, die von winzigen Eruptionen auf der Sonnenoberfläche stammen könnten und als mögliche Erklärung für die immense Heizung der Atmosphäre gelten.

Ein tiefschwarzer Hitzeschild schützt die Sonde

Aus der Ferne sind all diese Messungen nicht möglich. Solar Orbiter soll sich daher auf bis zu 42 Millionen Kilometer an den Feuerball heranwagen, etwas mehr als ein Viertel des Abstands zwischen Erde und Sonne. Ein unangenehmes Gebiet. "Unsere größte Herausforderung ist die Hitze", sagt Daniel Müller. Mehr als 500 Grad Celsius drohen in Sonnennähe, die wissenschaftlichen Instrumente an Bord vertragen aber kaum mehr als Raumtemperatur.

Solar Orbiter ist daher mit einem neuartigen Hitzeschild unterwegs. Ursprünglich wollten die Ingenieure den Schild weiß anstreichen, damit er möglichst wenig Wärme schluckt. Doch das unablässige Bombardement mit Teilchen und UV-Strahlung des Weltraums hätte ihn im Laufe der Zeit braun verfärbt; es wäre zu heiß geworden an Bord der fast 1,8 Tonnen schweren Sonde. Jetzt ist der Schild schwarz geworden, tiefschwarz.

"Solar Black" haben die Ingenieure die dafür verwendete Beschichtung getauft. Lange mussten sie nach einem Material suchen, das beständig genug war für die extremen Bedingungen. Fündig wurden sie schließlich bei verbrannten und zerkleinerten Tierknochen. Unter der tiefschwarzen Schicht liegt eine Titankonstruktion, die die Wärme seitlich ableitet. Die Sonde und die Instrumente, die zum Teil durch verschließbare Fenster im Sonnenschild blicken, bleiben dadurch kühl.

Die beiden Pole der Sonne sind der Schlüssel zu ihrem Geheimnis

Die Nähe zur Sonne allein reicht allerdings nicht: Alle Sonden, die bislang Bilder von der Sonne lieferten, blickten frontal auf den Stern. Die Pole der Sonne sind aus dieser Perspektive kaum auszumachen. Dabei gehören sie zu den interessantesten Regionen - insbesondere für das Studium des Magnetfelds, dessen Linien dort aus dem Sonneninnern austreten. "Die Pole sind mehr als ein Detail", sagt Solanki, "Ohne dieses Puzzlestück lässt sich die Sonne in ihrer Gesamtheit nicht verstehen."

Solar Orbiter wird sich daher Schritt für Schritt aus der Ebene herausbewegen, in der die Erde um die Sonne kreist. Nach sieben Jahren, am Ende der geplanten Mission, soll die Sonde bis etwa 25 Grad nördlicher und südlicher Breite vorgedrungen sein. Hält sie länger durch und kann die Mission - wie erhofft - um drei Jahre verlängert werden, sollen es sogar 33 Grad werden. "Das ist, als würde man auf einen Turm klettern, sodass man endlich von oben auf die Pole schauen kann", sagt Daniel Müller.

Die etwa 1,5 Milliarden Dollar teure Sonde wird bei alldem nicht allein sein. Unterstützung bekommt sie von der amerikanischen Parker Solar Probe, die sich sogar auf 6,2 Millionen Kilometer an das Zentralgestirn heranwagen soll. Mit Temperaturen bis zu 1400 Grad Celsius ist es dort allerdings so heiß, dass keine Löcher mehr in einen Hitzeschild gebohrt werden können. Die Parker-Sonde ist daher blind. Sie kann nicht in Richtung Sonne blicken. Sie kann nur fühlen, was vor Ort vor sich geht.

Als aufmerksames Auge soll daher der Solar Orbiter fungieren, der gerade als fahler Lichtpunkt in Floridas Nachthimmel verschwindet. Parker hat das bereits hinter sich. Die US-Sonde ist schon vor eineinhalb Jahren auf den Weg zur Sonne gestartet. Ebenfalls in Cape Canaveral. Ebenfalls in finsterer Nacht.

© SZ vom 11.02.2020
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