Im Februar soll eine Sonde der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zur Sonne aufbrechen. Ziel ist, einigen der grossen Rätsel des Zentralgestirns auf den Zahn zu fühlen. Mit dabei ist ein Röntgenteleskop, das an der Fachholschule Nordwestschweiz (FHNW) entwickelt wurde und Sonneneruptionen beobachten soll.

Erst im vergangenen Jahr startete die «Parker Solar Probe» der Nasa zur Sonne, um das Gestirn aus grösstmöglicher Nähe zu untersuchen. In wenigen Monaten soll ihr eine zweite Raumsonde der ESA folgen: Mit an Bord dieses «Solar Orbiter» wird auch das Röntgenteleskop Stix sein, das von Forschenden um Säm Krucker von der Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) entwickelt wurde.

Am Freitag präsentierte die ESA den fertig zusammengebauten «Solar Orbiter» noch ein letztes Mal auf europäischem Boden an einem Medienanlass bei München. Danach geht es weiter zu letzten Test und schliesslich zum Start im Februar 2020 vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral.

Ziel der auf sieben Jahre angelegten Mission ist, Sonneneruptionen, das davon bestimmte Weltraumwetter und die Auswirkungen auf die Erde besser zu verstehen. Auch die bisher unbekannten Polarregionen der Sonne stehen im Fokus.

Zwei Sonden ergänzen sich

«Die Nasa-Raumsonde und der Solar Orbiter verfolgen komplementäre Ziele», erklärte Krucker im Gespräch mit der Nachrichtenagentur Keystone-SDA. Weil die Nasa-Sonde «Parker Solar Probe» sehr nahe an die Sonne heranfliege und deshalb einen dicken, undurchlässigen Hitzeschild tragen muss, könne man damit nicht mehr auf die Sonne schauen.

«Mit dem Solar Orbiter werden wir nicht ganz so nah heran fliegen – nur etwa auf ein Viertel der Sonne-Erden-Distanz. Deshalb kann der Hitzeschild Löcher tragen, durch die Instrumente die Sonne und insbesondere Eruptionen und Sonnenwind ins Visier nehmen können.»

Durch eines dieser Löcher, geschützt durch eine für Röntgenstrahlen durchlässige Metallscheibe, soll STIX (Spectrometer Telescope for Imaging X-rays) Röntgenbilder der Sonne aufnehmen. Dabei wird dieses STIX-Fenster rund 500 Grad Celsius aushalten müssen, damit nur noch 50 Grad das Teleskop dahinter erreichen.

«Röntgenstrahlen entstehen dort, wo am meisten Energie frei wird», sagte Krucker. Im Fokus stehe die Frage, wie sich bei Sonneneruptionen geladene Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigen und im Weltraum ausbreiten.

Grosses Rätsel der Sonnenphysik

Hinter der Mission steckt auch die Suche nach Antworten auf eines der grossen Rätsel der Sonnenphysik: Die Oberfläche der Sonne ist nur etwa 6000 Grad heiss, die Sonnenatmosphäre hingegen ist mehrere Millionen Grad heiss. «Das erscheint paradox», so Krucker. «Wenn Sie sich vorstellen, die Hand über eine Heizung zu halten, dann ist die abströmende Wärme ja weniger warm als der Heizkörper selbst.»

Grund für die heisse Sonnenatmosphäre ist, dass die Sonne ein Dynamo ist und ein Magnetfeld erzeugt. «Wenn magnetische Energie in kinetische Energie umgewandelt wird, kann man heizen», erklärte Krucker. Noch sei allerdings unklar, wie diese Umwandlung geschehe.

Hier soll STIX gemeinsam mit anderen Instrumenten wertvolle Daten liefern. Aufgebaut ist das Teleskop aus 32 Röntgendetektoren, vor die je zwei Metallgitter aus Wolfram montiert sind. «Die Gitter werfen quasi Schatten auf die Detektoren. Und weil wir für jeden Detektor eine andere Konfiguration der Gitter gewählt haben, können wir aus den Schatten das Röntgenbild errechnen», erklärte der FHNW-Forscher.

«Die Daten gehören allen»

Mit seiner Gruppe leitet Krucker auch die Analyse der Daten, die STIX, beziehungsweise der Solar Orbiter, zur Erde zurück funkt. «Die Daten stehen jedoch allen offen», betonte der Forscher. «Wir hatten das Privileg, das Instrument zu bauen. Aber die Daten gehören nicht nur uns, sondern allen. Wir möchten, dass möglichst viele Forschungsgruppen damit arbeiten können, um neue Erkenntnisse über die Sonnenphysik zu gewinnen.»

Nach dem Start wird sich der «Solar Orbiter» während rund eineinhalb Jahre auf etwa 44 Millionen Kilometer an die Sonne annähern. Während dieser «Cruising Phase» sollen die Instrumente bereits aktiv sein und Tests durchlaufen. Neben STIX befinden sich unter anderem ein Magnetometer, Teilchendetektoren, eine Extrem-Ultraviolett-Kamera und weitere Bildgebungsinstrumente an Bord. Alle Instrumente zusammen sollen ein besseres Verständnis über den Sonnenwind liefern.

Diese von der Sonne ausgehenden Eruptionen und Teilchenströme machen das sogenannte «Weltraumwetter» aus und werden auf der Erde beispielsweise in Form von Polarlichtern sichtbar. Sonnenstürme, die auf heftige Sonneneruptionen zurückgehen, sind insbesondere für Raumfahrt und Satelliten problematisch, können unter Umständen aber auch elektrische Systeme auf der Erde stören. Erkenntnisse über die Sonnenphysik können helfen, das Weltraumwetter vorherzusagen.

SDA/aru/fal