17 Jahre: NASA-Sonde STEREO-A absolviert ersten Erde-Vorbeiflug
11/08/23 11:57
Am 12. August 2023 wird die NASA-Raumsonde STEREO-A zwischen der Sonne und der Erde hindurchfliegen, was den ersten Vorbeiflug an der Erde in ihrer fast 17-jährigen Mission kennzeichnet. Dieser "Heimatbesuch" eröffnet der Raumsonde eine besondere Chance zur Kooperation mit NASA-Missionen, die sich in der Nähe der Erde befinden, und zur Enthüllung neuer Erkenntnisse über unseren nächsten Stern, die Sonne.
Am 25. Oktober 2006 wurden die zwei STEREO-Sonden (Solar TErrestrial RElations Observatory) von der Cape Canaveral Air Force Station in Florida aus ins All geschickt. Während STEREO-A ("Voraus") ihre Position in Bezug zur Erde vergrößerte, blieb STEREO-B ("Hinterher") zurück. Beide Sonden folgten erdartigen Umlaufbahnen um die Sonne.
In den Anfangsjahren nach dem Start erreichte diese Doppelraumfahrtmission ein bedeutendes Ziel: Sie ermöglichte den ersten stereoskopischen oder mehrperspektivischen Blick auf unseren nächsten Stern. Am 6. Februar 2011 erreichte die Mission einen weiteren Meilenstein, als STEREO-A und -B eine 180-Grad-Trennung in ihren Umlaufbahnen erreichten. Zum ersten Mal konnte die Menschheit unsere Sonne als vollständige Kugel sehen.
Vor dieser Entwicklung waren wir auf die Verbindungslinie zwischen Sonne und Erde beschränkt - wir sahen stets nur eine Seite der Sonne", erklärte Lika Guhathakurta, Programm-Wissenschaftlerin für STEREO am NASA-Hauptquartier in Washington, D.C. "STEREO hat diese Begrenzung aufgehoben und uns einen dreidimensionalen Blick auf die Sonne ermöglicht."
Während der Missionsdauer wurden viele bedeutende wissenschaftliche Erfolge erzielt, und Forscher untersuchten die Aufnahmen beider Raumsonden bis 2014, als die Missionskontrolle den Kontakt zu STEREO-B nach einem geplanten Neustart verlor. Dennoch setzt STEREO-A seine Reise fort und erfasst solare Ansichten, die von der Erde aus nicht zugänglich sind.
Am 12. August 2023 hat STEREO-A seine Position auf der Erde um eine volle Umdrehung erweitert, während die Raumsonde uns in unserer Umlaufbahn um die Sonne "überholt". In den wenigen Wochen vor und nach STEREO-A's Vorbeiflug nutzen Wissenschaftler die Gelegenheit, Fragen zu stellen, die normalerweise außerhalb des üblichen Missionsbereichs liegen.
Eine 3D-Darstellung der Sonne
Während des Vorbeiflugs an der Erde wird STEREO-A erneut eine Technik verwenden, die es bereits in seinen frühen Jahren gemeinsam mit seinem Zwilling eingesetzt hat: die Kombination von Ansichten, um eine stereoskopische Sicht zu erreichen.
Durch die stereoskopische Sicht können wir aus flachen Bildern 3D-Informationen gewinnen. Ähnlich wie bei unseren Augen, die aus leicht verschobenen Positionen auf die Welt schauen und so Tiefenwahrnehmung erzeugen. Unser Gehirn vergleicht die Bilder jedes Auges, und die feinen Unterschiede zwischen ihnen zeigen uns, welche Objekte näher oder weiter entfernt sind.
STEREO-A wird diese Technik nutzen, indem es seine Ansichten mit den Daten des Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) der NASA und der European Space Agency sowie des Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA kombiniert. Besonders bemerkenswert ist, dass sich die Entfernung von STEREO-A zur Erde während des Vorbeiflugs ändert, wodurch seine stereoskopische Sicht für verschiedene Sonnenmerkmale zu verschiedenen Zeiten optimiert wird. Man kann es sich vorstellen, als würden Wissenschaftler den Fokus eines Teleskops mit einem Durchmesser von mehreren Millionen Meilen einstellen.
Während des Erdvorbeiflugs nutzen die STEREO-Wissenschaftler die Gelegenheit, dringend benötigte Messungen durchzuführen. Sie analysieren aktive Bereiche, die komplexen magnetischen Regionen zugrunde liegen, die Sonnenflecken bilden, in der Hoffnung, 3D-Informationen über ihre Struktur zu gewinnen, die normalerweise in 2D-Bildern verloren gehen. Zudem werden sie eine neue Theorie testen, die besagt, dass koronale Schleifen - riesige Bögen, die oft in Nahaufnahmen der Sonne zu sehen sind - möglicherweise nicht die Form haben, die sie zu haben scheinen.
Terry Kucera, Projektwissenschaftlerin bei STEREO am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, erklärte: "Es gibt eine neue Hypothese, dass koronale Schleifen möglicherweise nur optische Täuschungen sind." Einige Forscher haben vorgeschlagen, dass unsere begrenzten Betrachtungswinkel sie so aussehen lassen könnten, als hätten sie Formen, die möglicherweise nicht der Realität entsprechen. "Wenn man sie aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet, sollte das klarer werden", fügte Kucera hinzu.
Das Innere einer Sonneneruption
Es geht nicht nur darum, was STEREO-A sehen wird, wenn es an der Erde vorbeifliegt, sondern auch darum, was es "spüren" wird, was zu bedeutenden Entdeckungen führen könnte.
Wenn ein Ausstoß von sonarem Material, bekannt als koronaler Massenauswurf oder CME (Coronal Mass Ejection), die Erde erreicht, kann er die Funk- und Satellitensignale stören oder sogar Schwankungen in unseren Stromnetzen verursachen. Es ist aber auch möglich, dass er kaum Auswirkungen hat. Alles hängt vom in ihm enthaltenen magnetischen Feld ab, das sich auf den 93 Millionen Meilen zwischen Sonne und Erde dramatisch verändern kann.
Um zu verstehen, wie sich das magnetische Feld eines CME auf dem Weg zur Erde entwickelt, erstellen Wissenschaftler Computermodelle dieser solaren Ausbrüche und aktualisieren sie bei jeder neuen Beobachtung durch Raumsonden. Doch die Daten einer einzigen Raumsonde können uns nur begrenzte Informationen liefern.
Toni Galvin, eine Professorin an der University of New Hampshire und Hauptforscherin eines der Instrumente von STEREO-A, vergleicht dies mit dem Gleichnis von den blinden Männern und dem Elefanten: Derjenige, der die Beine berührt, beschreibt es wie einen Baumstamm, und derjenige, der den Schwanz berührt, beschreibt es wie eine Schlange. Ähnlich ist es bei CMEs, da wir normalerweise nur eine oder zwei Raumsonden haben, die direkt nebeneinander Messungen durchführen.
In den Monaten vor und nach dem Erdvorbeiflug von STEREO-A werden alle auf die Erde gerichteten CMEs über STEREO-A und andere nahegelegene Raumsonden hinwegziehen. Dadurch erhalten Wissenschaftler dringend benötigte Mehrpunkt-Messungen von innerhalb eines CME.
Eine grundlegend andere Sonne
STEREO-A befand sich auch kurz nach dem Start im Jahr 2006 in der Nähe der Erde. Dies geschah während des "solar minimum", dem Tiefpunkt im etwa 11-jährigen Zyklus der hohen und niedrigen Aktivität der Sonne.
Mit dem bevorstehenden solaren Maximum, das für 2025 vorhergesagt wird, ist die Sonne nicht mehr so ruhig. "In dieser Phase des solaren Zyklus wird STEREO-A eine grundlegend andere Sonne erleben", sagte Guhathakurta. "Es gibt so viel Wissen, das daraus gewonnen werden kann."
