Montag, 08 Februar 2010

Weltraum: Großes Sonnenkino

Von Lucian Haas

Mit der Mission „SDO“ stellt die Nasa unser Zentralgestirn unter Dauerbeobachtung. Eine Bilderflut im Zehnsekundentakt soll Rätsel der Solarphysik und Klimaforschung lösen helfen.

Die meisten Menschen im 19.Jahrhundert waren noch davon überzeugt, dass Pferde bei allen Gangarten, selbst im Galopp, stets mit mindestens einem Huf Bodenkontakt behalten. Erst 1872 lieferte Eadweard Muybridge, ein Pionier derFotografie, mit einer Hochgeschwindigkeitskamera eine neue, überraschende Erkenntnis: In einer legendären Bildsequenz des Bewegungsablaufs hielt er fest, dass galoppierende Pferde zumindest für Bruchteile einer Sekunde alle vier Füße zugleich in der Luft haben.

Ähnlich revolutionierende Einsichten erhoffen sich Solarforscher, wenn wie geplant am 9. Februar ein neuer Forschungssatellit der Nasa in eine geostationäre Umlaufbahn gebracht wird. Das „Solar Dynamics Observatory“ (SDO) wird in bisher unerreichter Geschwindigkeit und Schärfe Serienbilder von der Aktivität der Sonne liefern. Sie könnten die vorherrschenden Theorien über die Entstehung von Sonnenflecken, die Schwankungen des solaren Magnetfeldes und die treibenden Kräfte hinter mächtigen Explosionen auf der Sonnenoberfläche, deren Auswirkungen bis zur Erde spürbar werden, auf den Kopf stellen.

„Entgegen der weitverbreiteten Ansicht erscheint die Sonne gar nicht immer gleich, sondern ist magnetisch ein sehr variabler Stern“, sagt Madhulika Guhathakurta, leitende Wissenschaftlerin des Forschungsprogramms „Living with a Star“ der Nasa. „SDO wird uns erstmals zeigen, wie wechselhaft die Sonne wirklich ist, und welche physikalischen Zusammenhänge zu den Schwankungen führen.“ Drei Hochleistungskameras auf dem Satelliten nehmen dafür das Zentralgestirn rund um die Uhr ins Visier.

SDO ist nicht die erste Mission dieser Art. Schon seit 1995 hat die Sonde „Soho“ die Sonne ständig im Blick. „Nach 15 Jahren zeigen die Instrumente aber deutliche Alterserscheinungen“, sagt Manfred Schüssler vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Lindau. Dennoch sei SDO mehr als nur eine notwendige Wachablösung. „Es ist die größte und anspruchsvollste Sonnenmission der nächsten zehn Jahre.“

Während Soho nur alle paar Minuten ein Bild der Sonne sendet, wird SDO im Zehn-Sekunden-Takt neue Schnappschüsse liefern. Die Auflösung der Kameras beträgt mehr als 20 Megapixel, was einem ultrascharfen digitalen Imax-Film gleichkommt. Die Datenmengen, die dabei anfallen, stellen einen neuen Rekord in der Geschichte der Weltraumforschung dar: 1,5 Terabyte wird SDO täglich zur Erde funken, was rund 500 Hollywood-Filmen im DVD-Format entspricht.

Der stete, hochauflösende Bilderstrom wird Forschern weltweit großes Sonnenkino bieten. Allerdings werden sie sich weniger auf die faszinierende Gesamtästhetik der brodelnden Feuerkugel fokussieren. Details sind ihnen wichtiger. Eine entscheidende Rolle spielt SDO für die Fortentwicklung der Helioseismologie. Das ist die jüngste Forschungsrichtung der Solarphysik. Sie analysiert Schwingungen der Sonnenoberfläche, um daraus etwas über die Prozesse tief im Inneren des Sterns zu erfahren.

Die Sonne ist ein riesiger, blubbernder Ball. Angetrieben vom solaren Magnetfeld, steigt ständig heißes, ionisiertes Gas aus der Tiefe auf – wie Blasen in einem Topf mit kochendem Brei. Die turbulenten Ströme lassen die Oberfläche wabern. Dabei entstehen konzentrische Wellen, die sich ausbreiten, wie wenn ein Stein ins Wasser geworfen wird. Die Schwingungen pflanzen sich auch im Sonneninneren fort und können nach geraumer Zeit an anderen Stellen wieder sichtbar werden.

Helioseismologen messen auf Bilderserien der Sonne, wie schnell und wohin sich bestimmte Wellenmuster ausbreiten. „Man braucht dafür sehr lange, ununterbrochene Zeitreihen mit hoher Auflösung“, sagt Schüssler. Genau das bietet SDO und wird so den Wissenschaftlern eine Art tomografischen Blick weit unter die Sonnenoberfläche eröffnen.

Irgendwo dort ist der Sitz des Sonnendynamos: Der Theorie nach erzeugt eine besonders turbulente Plasmaschicht das kräftige Magnetfeld der Sonne. Aus bisher nicht geklärten Gründen läuft der Dynamo aber nicht „rund“, sondern mal schneller, mal langsamer. In regelmäßigen Abständen ändert er sogar noch die Richtung, wodurch sich das solare Magnetfeld umpolt. Elf Jahre dauert so ein Sonnenzyklus, und die Astroforscher setzen große Hoffnungen darauf, anhand der SDO-Daten erstmals erklären zu können, wie er zustande kommt.

Der Start von SDO kommt zur rechten Zeit. 2009 war die Sonne magnetisch so schlapp wie schon lange nicht mehr – erkennbar daran, dass sie im Jahresverlauf nur selten große Magnetfeldwirbel als sichtbare Sonnenflecken auf der Oberfläche hervorbrachte. Seit Dezember steigt die Aktivität aber wieder an. 2013 erwarten Forscher das nächste zyklische Maximum. Dann soll es auf unserem Heimatstern wieder besonders explosiv zugehen. Sonnenflecken spucken heißes Plasma in den Weltraum. Schießen diese Eruptionen in Richtung Erde, kann der stürmische Strom geladener Teilchen nicht nur harmlose Polarlichter erzeugen, sondern auch der modernen Technik gefährlich werden. „Durch Sonnenwindstürme sind schon Satelliten und ganze Stromnetze ausgefallen“, sagt Schüssler. Das Solar Dynamics Observatory soll Fortschritte bei der Prognose des Weltraumwetters bringen. Wissenschaftler hoffen, eines Tages Sonnenflecken und deren Sturmklassen früh und genau genug vorhersagen zu können, um empfindliche Elektronik auf der Erde rechtzeitig abzuschalten.

Das SDO wird auch der Klimaforschung dienen: Während die Sonne im sichtbaren Spektrum des Lichts konstant strahlt, treten im UV-Bereich Schwankungen auf. Am Erdboden ist davon nichts zu spüren, weil die Atmosphäre den größten Teil der UV-Strahlung abschirmt. Allerdings heizen sich die obersten Luftschichten stärker auf, wenn der Energiefluss zunimmt. Einige Forscher glauben, dass der Einfluss der Sonne auf das Klima größer ist als allgemein angenommen. Vielleicht liefern die SDO-Messreihen die Beweise und eröffnen so neue Sichtweisen – wie einst Muybridge mit seinen Pferdefotos.

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© Foto: ESA/Nasa

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