Die NASA plant einen Besuch der Sonne

Seit mehr als 400 Jahren untersuchen Astronomen die Sonne aus der Ferne. Nun hat die NASA sich entschlossen dorthin zu fliegen. 

"Wir werden zum ersten Mal einen lebenden, atmenden Stern besuchen", sagt die Wissenschaftlerin Lika Guhathakurta von der NASA Zentrale. "Dies ist ein unerforschtes Gebiet unseres Sonnensystems, und die Möglichkeiten für Entdeckungen sind noch gar nicht abzuschätzen."

Rechts: Konzept eines Künstlers, von der Solar Probe Plus. [Mehr]

Der Name der Mission ist Solar Probe+ (ausgesprochen als Solar Probe Plus). Es handelt sich um ein hitzeresistentes Raumschiff, dass entwickelt wurde, um tief in die Atmosphäre der Sonne einzutauchen, wo es den Sonnenwind und den Magnetismus vor Ort untersuchen kann. Der Start könnte schon 2015 stattfinden. Wenn die Mission dann 7 Jahre später beendet ist, hoffen die Missionsplaner darauf, dass Solar Probe+ zwei große Rätsel der Astrophysik gelöst, sowie weitere neue Entdeckungen gemacht haben wird.

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Johns Hopkins' Applied Physics Lab (APL) wird das Raumschiff für die NASA planen und bauen. Das APL hat bereits Erfahrung damit, Sonden zur Sonne zu schicken. APLs MESSENGER Raumschiff flog zum ersten Mal im Januar 2008 am Merkur vorbei, und viele der hitzeresistenten Technologien werden auch bei Solar Probe+ zum Einsatz kommen.
(Anmerkung: Die Mission wird Solar Probe Plus genannt, weil sie auf eine Entwicklung aufbaut, die 2005 vom APL entworfen, und Solar Probe genannt wurde.) 

Bei ihrer größten Annäherung wird sich Solar Probe+ 7 Millionen Kilometer, oder 9 Sonnenradien, von der Sonne entfernt befinden. Dort muss das Hitzeschild, aus Kohlenverbundstoffen, Temperaturen von mehr als 1.400° C widerstehen, und Ausbrüche von Strahlung aushalten, denen bisher noch nie ein Raumschiff ausgesetzt war. Die Sonde wird natürlich mit Sonnenenergie betrieben; sie bezieht ihre Energie von Flüssigkeits-gekühlten Solar Panels, die hinter das Schutzschild bewegt werden können, wenn das Sonnenlicht zu intensiv wird. Aus dieser Nähe erscheint die Sonne 23 Mal breiter als von der Erde aus. 

Oben: Ein simulierter Anblick der Sonne, der die Bahn von Solar Probe+,während ihrer multiplen Vorbeiflüge nahe der Sonne, illustriert. [Größeres Bild ]

Die beiden Rätsel, welche diese Mission antreiben, sind die hohe Temperatur der Korona der Sonne, und die unglaubliche Beschleunigung des Sonnenwindes: 

Rätsel #1—die Korona: Wenn man ein Thermometer in die Oberfläche der Sonne stecken würde, würde es etwa 6.000° C anzeigen. Die Erfahrung sagt uns, dass die Temperatur mit steigendem Abstand zur Oberfläche sinken sollte; stattdessen steigt sie an. Die äußere Atmosphäre der Sonne, die Korona, hat eine Temperatur von einer Million Grad Celsius, hunderte Male mehr als der Stern darunter. Diese hohe Temperatur ist auch 60 Jahre nach ihrer Entdeckung noch immer ein Rätsel.

Rätsel #2—der Sonnenwind: Die Sonne speiht einen heißen, Millionen von km/h schnellen Wind aus geladenen Teilchen in das Sonnensystem hinaus. Planeten, Kometen, Asteroiden -- sie alle spüren ihn. Seltsamerweise gibt es keinen organisierten Wind nahe der Sonnenoberfläche, obwohl unter den Planeten ein wahrhafter Sturm bläst. Irgendwo dazwischen gibt es einen unbekannten "Wirkstoff", der dem Sonnenwind seine hohe Geschwindigkeit verleiht. Die Frage ist, was?

"Um diese Rätsel zu lösen, wird Solar Probe+ in die Korona der Sonne eintauchen", sagt  Guhathakurta. "Dort findet die Action statt."

Die Ausrüstung besteht hauptsächlich aus Instrumenten, die gebaut wurden, die Umgebung des Raumschiffs zu überwachen -- ein Magnetometer, einen Plasmawellen Sensor, einen Staub Detektor, Elektronen- und Ionen Analysegeräte und so weiter. "Messungen vor Ort werden uns zeigen, was wir wissen müssen, um die Physik der koronalen Erhitzung und der Beschleunigung des Sonnenwindes zu enträtseln", sagt sie.

Rechts: Das neu entwickelte Solar Probe+ Raumschiff.  [Mehr]

Das remote Aufnahmegerät von Solar Probe+ ist die Hemisphärische Kamera. Die "HI" ist ein Teleskop, welches 3D Bilder der Korona, ähnlich einem medizinischen Computertomogramm, macht. Die Technik, genannt koronale Tomographie, ist ein grundlegend neuer Ansatz der optischen Untersuchung der Sonne. Möglich wird diese Art der Fotografie nur durch eine sich bewegende Plattform, in der Nähe der Sonne, die durch koronale Wolken fliegt und sie fotografiert während sie an ihnen vorbei, und durch sie hindurch fliegt. 

Da der Start wahrscheinlich im Mai 2015 stattfinden wird, beginnt Solar Probe+ seine Hauptmission nahe dem Ende von Sonnenzyklus 24, und ist nahe dem vorhergesagten Maximum von Sonnenzyklus 25, im Jahr 2022, fertig. Dies würde es dem Raumschiff erlauben, die Korona und den Sonnenwind, während vieler verschiedener Phasen des Sonnenzyklus zu untersuchen. Es stellt auch sicher, dass Solar Probe+ eine große Zahl von Sonnenstürmen, zum Ende der Mission hin, erleben wird.  Obwohl dies ein Risiko ist, entspricht dies dem Plan: Forscher haben den Verdacht, dass viele der gefährlichsten Teilchen, die während eines Sonnensturm produziert werden, durch die Korona aufgeladen werden -- genau wo sich Solar Probe+ befinden wird. Solar Probe+ wird vielleicht auch in der Lage sein den Vorgang direkt zu beobachten, und den Forschern aufzeigen, wie sie energiereiche Sonnenteilchen (Solar Energetic Particls - SEPs) vorhersagen können, welche die Gesundheit und Sicherheit von Astronauten gefährden.

Das wiederholte Eintauchen von Solar Probe+ in die Korona, wird durch Vorbeiflüge an der Venus bewerkstelligt. Das Raumschiff wird in sechs Jahren sieben Mal an der Venus vorbeifliegen, und so die Bahn tiefer und tiefer in Richtung Sonnenatmosphäre bringen. Bonus: Auch wenn Venus nicht das Hauptziel der Mission ist, werden die Astronomen vielleicht, mit Hilfe der gut ausgerüsteten Sonde, während der Vorbeiflüge, neue Dinge über den Planeten lernen.

"Solar Probe+ ist eine außergewöhnliche Mission für die Forschung, Entdeckung und das tiefe Verständnis", sagt Guhathakurta. "Wir können es kaum erwarten zu starten."