„Ein Rundumblick auf unseren Stern“

Sami K. Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, über die Sonnen-Mission der Raumsonde Solar Orbiter

Große Erwartungen setzen die Forscher in die Raumsonde Solar Orbiter. Von ihrer elliptischen Umlaufbahn aus soll sie über mehrere Jahre die Sonne erkunden und sich der Oberfläche des Gestirns bis auf etwa 42 Millionen Kilometer annähern. An Bord trägt der irdische Späher zehn wissenschaftliche Instrumente, an vier von ihnen ist das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen maßgeblich beteiligt. Sami K. Solanki leitet als Direktor die Abteilung „Sonne und Heliosphäre“ und erklärt die Besonderheiten von Solar Orbiter.

Sami K. Solanki und sein Team vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung sind maßgeblich an der Mission Solar Orbiter beteiligt.

Herr Professor Solanki, mehr als ein halbes Dutzend Raumsonden haben bisher die Sonne mehr oder weniger aus der Nähe erforscht. Jetzt kommt mit Solar Orbiter eine weitere hinzu. Ist das noch notwendig?

Die weltraumbasierte Sonnenforschung der vergangenen Jahrzehnte ist in der Tat eine riesige Erfolgsgeschichte. Einen Großteil unseres heutigen Wissens über die Sonne verdanken wir diesen Missionen. Jede davon hatte spezielle Zielsetzungen und Fragestellungen. In der Summe ergibt sich das Bild unseres Sterns, wie wir ihn heute kennen und verstehen. Aber – wie so oft in der Wissenschaft – führen Erkenntnisse zu weiteren Fragen. Viele grundlegende Rätsel konnten und können bisherige Missionen nicht lösen. So fehlt bisher etwa der Blick auf die Polregionen der Sonne. Da kommt Solar Orbiter ins Spiel, denn das kann keine andere Mission. Und es gibt weitere Besonderheiten: Die Umlaufbahn von Solar Orbiter ist so gewählt, dass die Sonde in Sonnennähe im Gleichtakt mit der Sonnendrehung fliegt. Dadurch können wir deutlich länger auf ein und dieselbe Stelle der Sonne blicken als je zuvor und so verfolgen, wie sich bestimmte Strukturen entwickeln und verändern. Zudem wird Solar Orbiter seine Beobachtungen mit Teleskopen auf der Erde kombinieren. Diese schauen dann auf die erdzugewandte Seite der Sonne, während Solar Orbiter die Rückseite im Blick hat. Auf diese Weise entsteht ein Rundumblick auf unseren Stern.

Sie haben eben betont, dass Solar Orbiter auch auf die Pole der Sonne blicken soll. Was lässt sich dort denn so Besonderes untersuchen?

Die Pole sind sozusagen der weiße Fleck auf unserer Sonnenkarte. Selbst recht grundlegende Eigenschaften in diesem Bereich kennen wir nicht, etwa wie schnell sich die Sonne an den Polen dreht – denn im Gegensatz zur Erde rotiert der Stern bei verschiedenen Breiten verschieden schnell. Außerdem wissen wir nichts Näheres über die Eigenschaften der Ströme, welche die Magnetfelder der Sonne auf einer Art solarem Förderband vom Äquator zu den Polen transportieren. Jede vollständige Theorie unseres Sterns muss diesen Bereich enthalten. Schließlich spielen die Pole eine besondere Rolle bei der Produktion der solaren Magnetfelder. Das Feld an den Polen ist ursächlich für die Stärke des jeweils nächsten Sonnenzyklus.

Wenn man die Publikationen der vergangenen Jahre so liest, dann gewinnt man den Eindruck, dass Sie und Ihre Kollegen über die solaren Magnetfelder schon Vieles herausgefunden haben. Gibt es noch offene Fragen?

Jede Menge. So ist beispielsweise noch immer eine der ganz grundlegenden Fragen unbeantwortet: Wo entstehen die Magnetfelder der Sonne? Viele Theorien identifizieren die sogenannte Tachocline, der Bereich zwischen Strahlungs- und Konvektionszone, als Ursprungsort. Während in der Strahlungszone die Sonne ihre Energie in erster Linie durch Strahlung nach außen abgibt, stecken in der darüber gelegenen Konvektionszone gewaltige Auf- und Abströme des Sonnenplasmas hinter dem Energietransport. Da das Plasma aus geladenen Teilchen besteht und durch Drehung der Sonne zusätzlich verwirbelt wird, entstehen in einer Art Dynamoprozess die Magnetfelder. So die Theorie. Es gibt aber auch andere Erklärungen, die oberflächennahe, turbulente Strömungen als Quelle der Magnetfelder sehen. Solar Orbiter wird helioseismische Messungen vornehmen und so indirekt in die entscheidenden Regionen der Sonne blicken – und diese Frage klären können.

Solar Orbiter wird sich der Sonne bis auf rund 42 Millionen Kilometer annähern. Da braucht es aufwendige Maßnahmen zur Kühlung. Wie sehen diese aus? Und warum ist der Hitzeschild der Sonde schwarz – ausgerechnet eine Farbe, welche die Hitze besonders gut speichert?

Die Hitze ist eine der ganz großen technischen Herausforderungen bei dieser Mission. Ein ausgeklügelter Hitzeschild schützt die Sonde vor Überhitzung. Auf den ersten Blick erscheint es in der Tat paradox, dass dieser Schild tief schwarz ist. Eine weiße Oberfläche erscheint sinnvoller. Doch eine helle Oberfläche würde mit der Zeit nachdunkeln und die thermischen Bedingungen für die Sonde sich im laufenden Betrieb verschlechtern. Die Lösung, für die sich die europäische Raumfahrtagentur ESA entschieden hat, ist eine andere. Durch eine eigens für Solar Orbiter entwickelte Beschichtung nimmt der Hitzeschild an seiner äußeren Seite so viel Hitze auf wie möglich. Diese wird dann seitlich abgestrahlt, sodass den eigentlichen Körper der Raumsonde nur noch ein Bruchteil der Hitze erreicht. Die Sonde ist also dafür entwickelt, mit dem „worst case“ klarzukommen. Schlimmer kann es nicht werden. Das ist sehr geschickt. Die Fernerkundungsinstrumente blicken durch Öffnungen im Schild auf die Sonne und schützen sich teils durch spezielle Eintrittsfenster. Die Fenster unseres Doppelteleskops PHI etwa lassen nur einen winzigen Teil des roten, sichtbaren Lichtes passieren. Der Rest wird zurück ins All reflektiert – und kann so keine Hitze ins Instrument eintragen. Der Wellenlängenbereich, der passieren darf, enthält die gesamte Information, die wir für unsere Messungen brauchen. Bei anderen Instrumenten werden andere schlaue Maßnahmen getroffen, um sie vor der Hitze zu schützen.

Wie lange arbeiten Sie und Ihr Team bereits an dem Projekt?

Solar Orbiter beschäftigt uns schon seit mehr als 20 Jahren. Die Idee zu der Mission stammt schließlich aus unserem Institut. Mein Kollege Eckhard Marsch hatte sie bereits in den späten 1990er-Jahren. 2011 hat die ESA sich dann entschieden, die Mission umzusetzen. Hier am Institut entwickeln wir seitdem Hardware und Instrumente.

Wann erwarten Sie die ersten Messdaten?

Weltraummissionen fordern allen Beteiligten eine große Portion Geduld ab. Solar Orbiter ist da keine Ausnahme. Zwar werden die Instrumente, darunter auch PHI, bereits in der zweiten Februarhälfte in Betrieb genommen. Dabei entstehen aber noch nicht die wissenschaftlichen Daten, auf die wir hoffen. Auf diese werden wir warten müssen, bis Solar Orbiter im Winter nächsten Jahres auf seiner angestrebten Umlaufbahn ankommt. Jene Instrumente, die den Sonnenwind messen, beginnen schon deutlich früher mit ihrer Arbeit.

Herzlichen Dank für das Gespräch!

Das Interview führte Helmut Hornung

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