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Solar Orbiter

Raumsonde zur Erforschung der Sonne
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Solar Orbiter

Ein für Tests verwendetes 1:1-Modell des Solar Orbiters, schwarz der Hitzeschild
Missions­ziel Untersuchung des SonnenwindsVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Missionsziel
Auftrag­geber Europaische Weltraumorganisation ESAVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Auftraggeber
Träger­rakete Atlas V (411)Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Traegerrakete
Startmasse ca. 1800 kgVorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startmasse
Instrumente
Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Instrumente

STIX, PHI, EUI, C-METIS, SoloHI, SPICE, EPD (SIS, STEIN, EPT-HET, LET), SWA, MAG, RPW

Verlauf der Mission
Startdatum 10. Februar 2020, 04:03 (UTC)[1]Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startdatum
Startrampe Cape Canaveral, SLC-41Vorlage:Infobox Sonde/Wartung/Startrampe
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Feb. 2020 Start
Dez. 2020 Swing-by an der Venus
Aug. 2021[veraltet] Swing-by an der Venus
Nov. 2021[veraltet] Swing-by an der Erde
Sep. 2022[veraltet] Swing-by an der Venus
Feb. 2025[veraltet] Swing-by an der Venus
Dez. 2026 Swing-by an der Venus
Mär. 2028 Swing-by an der Venus
Jun. 2029 Swing-by an der Venus
Sep. 2030 Swing-by an der Venus

Der Solar Orbiter (SolO) ist eine Raumsonde der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), die in Zusammenarbeit mit der NASA realisiert wurde. Es handelt sich um die erste Mittelklasse-Mission des Wissenschaftsprogramms Cosmic Vision 2015–2025 der ESA.[2][3]

Hauptziel der Mission ist die Untersuchung des Sonnenwindes. Dabei wird der Solar Orbiter Strukturen in der Sonnenkorona ab einer Größe von 35 Kilometern aufnehmen können. Die Mission ist für zunächst sieben Jahre finanziert[4] und kann bei erfolgreichem Verlauf zumindest um zwei bis drei Jahre verlängert werden.[3]

Der ursprünglich für Juli 2017 vorgesehene Starttermin wurde mehrfach verschoben. Im Oktober 2019 wurde die Sonde fertiggestellt; der Start erfolgte am 10. Februar 2020 (amerikanische Ortszeit am 9. Februar) mit einer amerikanischen Atlas-V-Rakete von der Cape Canaveral Air Force Station.[1]

Mission

Die ESA beauftragte Astrium UK als Hauptauftragnehmer, die Sonde für 300 Millionen Euro zu bauen. Die ESA rechnete mit eigenen Kosten für die Solar-Orbiter-Mission von 500 Millionen Euro,[5] dazu kommen weitere 400 Millionen US-Dollar von der NASA für die Rakete und den Teil der Nutzlast, der von der NASA gestellt wird:[6] Ein Instrument und ein Sensor auf der Sonde.[5]

Der Solar Orbiter wurde in eine elliptische Umlaufbahn um die Sonne gestartet. Mittels eines Erd- und acht Venus-Swing-bys soll er sich zunächst schrittweise der Sonne nähern und dann bis 2030 in eine immer stärker polwärts geneigte Bahn einschwenken.[3] Zum Ende der Primärmission etwa sieben Jahre nach dem Start soll er eine um 24° und zum Ende der erweiterten Mission eine um 33° zur Ekliptik geneigte Bahn haben,[4] in der er sich der Sonne bis auf unter 42 Millionen Kilometer nähert.[7] Daher ist es erforderlich, die als Hitzeschild ausgeführte Seite des Satelliten zur Sonne ausgerichtet zu halten. Für das Hitzeschild, der auch aus Tierkohle gefertigte Komponenten enthält, [8] werden beim minimalen Sonnenabstand Temperaturen von um die 500 °C erwartet.[7] Im Hitzeschild befinden sich Öffnungen für die Instrumente, deren Schutzkappen nur bei Bedarf für das Sammeln von Bildern und Messdaten geöffnet werden. Die zwei Solargeneratoren mit jeweils drei Solarpanels werden bei kleiner werdendem Sonnenabstand immer weiter aus der Sonne gedreht. Dadurch wird die projizierte Fläche reduziert, welche mit der Solarstrahlung interagiert, um die Temperatur der Solarzellen und der Panele in akzeptablen Bereichen zu halten.[3] Die Raumsonde benötigt für ihren Betrieb maximal ca. 1100 W elektrische Leistung.[3] Die Startmasse der Sonde, die über einen chemischen Antrieb verfügt, soll ca. 1800 kg betragen.[6] Die ursprünglich geplanten Ionenantriebe, die für BepiColombo entwickelt wurden, wurden gestrichen.

Die Sonde soll auf eine Bahn mit 168 Tagen Umlaufzeit absteigen und dank der Bahnneigung die Pole der Sonne aus einem Winkel von bis zu 33° beobachten können, gegenüber höchstens 7° bei Beobachtung von der Erde aus und 80° bei der Raumsonde Ulysses (1990–2009). Die sonnennächste Entfernung soll 60 RS (Sonnenradien) oder 0,28 AE betragen.[9]

Fernerkundungsinstrumente an Bord

Die Fernerkundungsinstrumente untersuchen die Oberfläche und die Atmosphäre der Sonne:

 
Flugmodell von Imager & Detektor-Elektronik-Modul des "Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays (STIX)"
  • Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays (STIX)
    STIX ist ein Spektrometer/Teleskop, konzipiert für die Beobachtung von Röntgenstrahlung. Der beobachtete Energiebereich sollte etwa 4 bis 150 keV mit einer Winkelauflösung von 7 Bogensekunden umfassen. Das Fernerkundungsinstrument STIX soll Intensität, Spektrum, Zeit und Ursprung von Röntgenquellen beobachten, um damit z. B. Rückschlüsse auf Elektronen zu ziehen, die in der Sonnenatmosphäre auf hohe Energien beschleunigt werden. STIX arbeitet mittels einer Bildtechnik, die einzelne Fourierkomponenten misst und speichert. Diese Daten sollen später zur Erde gesendet und wieder zu einem Bild zusammengesetzt werden.
    STIX besteht aus drei Teilen: Den Röntgenfenstern (im Bild rechts nicht dargestellt), dem Imager mit zweimal 32 Kollimatoren, die in Wolfram eingearbeitet sind, und den jeweils dazugehörigen 32 CdTe-Röntgendetektoren, die sich in dem quaderförmigen Detektor-Elektronik-Modul hinter dem Imager befinden. Die Transmission durch das Wolfram-Gitterpaar, das die Kollimatoren beinhaltet, ist sehr empfindlich von der Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung abhängig. Die gemessenen relativen Zählraten der Detektoren hinter den Gittern erlauben daher, Rückschlüsse auf die Position und die Energien der Röntgenquelle zu machen.
Eigenschaften von STIX
Energiebereich: 4 – 150 keV
Energieauflösung: 1 – 15 keV (in Abhängig-
keit der Photonenenergie)
max. Winkelauflösung: 7 Bogensekunden
Sichtfeld: 2°
Zeitauflösung: ≥ 0,1 s
  • Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI)
    PHI soll Aufnahmen der Sonnenoberfläche (Photosphäre) im sichtbaren Licht liefern. Zudem soll das Instrument Stärke und Richtung der Magnetfelder sowie die Strömungsgeschwindigkeit des Plasmas an der Sonnenoberfläche bestimmen. Aus diesen Informationen erwartet man unter anderem Rückschlüsse auf die Plasmabewegungen im Innern der Sonne. Das Instrument besteht aus zwei Teleskopen: Das Full Disc Telescope wird bei planmäßigem Missionsverlauf die gesamte Sonnenscheibe im Blick haben, während das High Resolution Telescope auf einen kleinen Ausschnitt fokussiert. Bei größter Sonnenannäherung kann das High Resolution Telescope Strukturen mit einer Größe von 150 Kilometern darstellen.[10]
  • Extreme-Ultraviolett Imager (EUI)
    EUI soll Aufnahmen der Sonnenkorona im extrem kurzwelligen UV-Licht liefern. Die Aufnahmen erfolgen im Sekundentakt, so dass das Instrument hoch dynamische Prozesse sichtbar machen kann. EUI besteht aus drei Spiegelteleskopen. Während eins davon die gesamte Sonnenscheibe im Blick behält, sollen die beiden anderen hochaufgelöste Aufnahmen einzelner Regionen bieten.[11]
  • Der Coronagraph METIS
    Metis ist ein Koronograph, der die Sonne und einen Teil der Sonnenkorona abdeckt. Er soll einen Blick auf die Übergangsregion zwischen der heißen Korona und der innersten Heliosphäre ermöglichen.
  • Der Heliospheric Imager (SoloHI) soll die Störungen des sichtbaren Lichts durch die Elektronen des Sonnenwinds beobachten. Dadurch möchte man die Massebewegungen in der Korona ermitteln.
  • Spectral Imaging of the Coronal Environment (SPICE)[12]
    SPICE ist ein Spektrograph, der die UV-Strahlung aus der Sonnenkorona in ihre verschiedenen Wellenlängen aufspaltet. Auf diese Weise soll das Instrument Informationen über die Temperaturen und Geschwindigkeiten des Sonnenplasmas in der Korona gewinnen. Zudem soll es möglich sein, die Häufigkeit einiger Elemente bestimmen.

In-situ-Instrumente an Bord

Die In-situ-Instrumente untersuchen die unmittelbare Umgebung der Raumsonde:

  • Der Energetic Particle Detector (EPD) untersucht suprathermale Ionen, Elektronen, neutrale Atome, sowie energiegeladene Teilchen im Bereich von wenigen keV bis zu relativistischen Elektronen und Ionen bis zu 100 MeV (Protonen) und 200 MeV/Nukleon (schwere Ionen). EPD besteht aus den Instrumenten Suprathermal Ion Spectrograph (SIS), Suprathermal Electrons, Ions and Neutrals Telescope (STEIN) und Electron and Proton Telescope-High Energy Telescope (EPT-HET).
  • Der Solar Wind Plasma Analyser (SWA) misst Zusammensetzung und Eigenschaften des Sonnenwinds.
  • Das Magnetometer (MAG) misst das Magnetfeld.
  • Radio and Plasma Waves (RPW) misst magnetische und elektrische Felder mit einer hohen zeitlichen Auflösung.

Beteiligte Forschungseinrichtungen

Unter anderem verantwortlich für die Entwicklung sowie Bau der einzelnen Instrumente sind:[13]

Siehe auch

Commons: Solar Orbiter – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ a b Chris Gebhardt: ESA Solar Orbiter mission rides on ULA Atlas V to study the Sun. Nasaspaceflight.com, 9./10. Februar 2020.
  2. ↑ Solar Orbiter: Mission zur Sonne und inneren Heliosphäre zur Untersuchung der Beziehungen Sonne-Heliosphäre und Sonne-Erde durch Beobachtungen mit hoher Auflösung. In: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Max-Planck-Institut, abgerufen am 13. Dezember 2019.
  3. ↑ a b c d e Satellite Missions – Solar Orbiter Mission. In: Earth Observation Portal. ESA – eoPortal, abgerufen am 13. Dezember 2019 (englisch).
  4. ↑ a b Summary. In: ESA – Science & Technology – Solar Orbiter. ESA, abgerufen am 13. Dezember 2019 (englisch).
  5. ↑ a b ESA contracts Astrium UK to build Solar Orbiter, Datum: 26. April 2012, Abgerufen: 27. April 2012
  6. ↑ a b Stephen Clark: Astrium UK picked to build Solar Orbiter spacecraft. Spaceflight Now, 26. April 2014, abgerufen am 27. April 2014 (englisch).
  7. ↑ a b Der von Airbus gebaute Solar Orbiter wird zunächst Kurs auf die Sonne von Florida nehmen. In: Airbus Home – Media. Abgerufen am 13. Dezember 2019.
  8. ↑ Jonathan Amos: Solar Orbiter: Sun mission blasts off. In: BBC News. 10. Februar 2020, abgerufen am 10. Februar 2020: „"We've had to develop lots of new technologies in order to make sure that the spacecraft can survive temperatures of up to 600C," said Dr Michelle Sprake, a systems engineer with European aerospace manufacturer Airbus. "One of the coatings that makes sure the spacecraft doesn't get too hot is actually made out of baked animal bones," she told BBC News.“
  9. ↑ Solar Orbiter. In: ESA. Abgerufen am 12. Februar 2020 (englisch).
  10. ↑ Polarimetric and Helioseismic Imager (PHI). Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, abgerufen am 10. Mai 2020.
  11. ↑ Extreme-Ultraviolet Imager (EUI). Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, abgerufen am 10. Mai 2020.
  12. ↑ SPICE on Solar Orbiter |. Abgerufen am 12. November 2019.
  13. ↑ Solar Orbiter: Mission zur Sonne und inneren Heliosphäre. Max-Planck-Institut für Sonnesystemforschung, abgerufen am 12. Mai 2020.
  14. ↑ Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam: Solar Orbiter (SolO). In: Webseite. Abgerufen am 18. Januar 2020 (englisch).
Satelliten und Raumsonden mit Beteiligung der ESA
Erfolgte Starts:

COS-B (1975) • GEOS 1 und 2 (1977, 1978) • OTS-1 und -2 (1977, 1978) • ISEE 2 (1977) • Meteosat (1977–1997) • IUE (1978) • Marecs A und B (1981, 1984) • Exosat (1983) • ECS (1983–1988) • Giotto (1985) • Olympus (1989) • Hipparcos (1989) • Hubble (1990) • Ulysses (1990–2009) • ERS 1 und 2 (1991, 1995) • EURECA (1992) • ISO (1995) • SOHO (1995) • EGNOS (1996–2014) • Huygens (1997) • XMM-Newton (1999) • Cluster (2000) • Artemis (2001) • Proba-1 (2001) • Envisat (2002) • MSG-1, -2, -3, -4 (2002, 2005, 2012, 2015) • Integral (2002) • Mars Express (2003) • Smart-1 (2003) • Double Star (2003) • Rosetta (2004) • CryoSat (2005) • SSETI Express (2005) • Venus Express (2005) • Galileo (2005–2024) • MetOp-A, -B und -C (2006, 2012, 2018) • Corot (2006) • GOCE (2009) • Herschel (2009) • Planck (2009) • Proba-2 (2009) • SMOS (2009) • CryoSat-2 (2010) • Hylas (2010) • Alphasat I-XL (2013) • Proba-V (2013) • Swarm (2013) • Gaia (2013) • Sentinel-1A/1B (2014, 2016) • Sentinel-2A/2B (2015, 2017) • LISA Pathfinder (2015) • Sentinel-3A/3B (2016, 2018) • ExoMars Trace Gas Orbiter (2016) • Schiaparelli (2016) • Sentinel-5P (2017) • ADM-Aeolus (2018) • BepiColombo (2018) • Cheops (2019) • Solar Orbiter (2020) • Phi-Sat-1 (2020) • Sentinel-6A (2020) • JWST (2021) • MTG-I1 (2022) • Juice (2023) • Euclid (2023) • Proba-V CC (2023) • Mantis und Intuition-1 (2023) • EarthCARE (2024) • AWS (2024) • Phi-Sat-2 (2024) • Sentinel-2C (2024) • Hera (2024) • Proba-3 (2024) • Sentinel-1C (2024) • Biomass (2025)

Geplante Starts:

HydroGNSS (2025) • MTG-S1, -I2, -I3, -S2, -I4 (2025–2036) • MetOp-SG (2025–2040) • Sentinel-6B (2025) • Smile (2025) • Altius (2026) • Flex (2026) • Galileo (2026–?) • LEO-PNT (2026–2028) • Plato (2026) • Lunar Pathfinder (2026) • Galileo 2 (2026–?) • Forum (2027) • NanoMagSat (2027) • Tango (2027) • Clearspace-1 (2028) • Genesis (2028) • ExoMars Rosalind Franklin (2028) • Ramses (2028) • Ariel (2029) • Comet Interceptor (2029) • Truths (2030) • Vigil (2031) • Argonet (2031) • EnVision (2031–2033) • Arrakihs (2030er) • LISA (2035)

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