Solar Orbiter (SolO) – GSA – Grimm Space Agency

Wann? Am 10. Februar 2020 um 05:03 MEZ
Wer? ESA, im Rahmen des Cosmic Vision Programms, NASA (führt den Start durch)
Trägerrakete: Atlas V 411
Was? Eine Sonnenerforschungssonde, die von verschiedenen „Konsortien“ in Europa gebaut wird. (wissenschaftliche Nutzlast)
Ziel: Heliozentrische Umlaufbahn, die endgültige Umlaufbahn hat eine Inklination von 33° und kommt bis auf 42 Millionen km an die Sonne heran
Start von: LC-41, Cape Canaveral AFS, Florida, USA
Masse: SolO: 1800 kg

Der Startvorgang und die weiteren Abläufe im Überblick.

Startablauf

Der Solar Orbiter ist eine ESA-Raumsonde im Rahmen des Cosmic Vision Programms. SolO hat insgesamt 10 Instrumente an Board, die von verschiedenen „Konsortien“ Europas gebaut werden. Am 09. Februar 2020 um 23:03 Ortszeit, oder um 05:03 MEZ ein Tag später bei uns in Mitteleuropa. Falls dieser Anlauf nicht gelingt, gibt es auch ein zweistündiges Fenster jeden Tag bis zum 23. Februar, weil bis dahin die Bahnmanöver noch energetisch mit der Schubkraft des Triebwerks passt.

Weil der SolO nicht sofort in der Sonnennähe sein kann, wird er sich bis November 2021 annähern, um die nominelle Missionsphase einzuläuten. Die Reise des SolO führt auf eine elliptische Sonnenbahn. SolO wird außerdem in einer resonanten Umlaufbahn mit der Venus liegen, jeder dritte Umlauf wird SolO also dicht an die Venus gelangen. SolO wird, wie Parker Solar Probe auch, durch Flyby-Manöver Sprit sparen und dadurch ihre Bahn verändern können. So bremst SolO 8mal an der Venus und einmal an der Erde ab, um auch näher der Sonne zu kommen und dabei die Inklination, die Bahnebene zur Ekliptik, steigern. Seine kleinste Annäherung ab 2031 führt den SolO bis auf 60 R_S heran.

Weil bei einer solchen Nähe ein Strahlungsdruck von

, (E ist die Beleuchtungsstärke, L_s ist die Sonnenleuchtkraft, O ist die Oberfläche). Das wäre etwa das 12,7-fache im Weltraum in der Höhe der Erdumlaufbahn = 1 AE. Deshalb wurde bei der Planung natürlich nicht auf einen Hitzeschild verzichtet. Der Hitzeschild besteht aus mehreren Schichten, und ist u.a. aus einer Hochtemperatur-Mehrschicht-Isolierfolie, beschichtet mit „Solar Black“.

SolOs Aufgabe ist es, die Sonne, ja wirklich die Sonne, in verschiedenen Wellenlängenbereich (sichtbares Licht, Radio, extremes UV und Röntgenstrahlung) zu untersuchen, und das mit einer bisher unerreichten Auflösung. Sie wird nicht nur die Sonne an sich untersuchen, sondern mit ihren In-Situ-Instrumenten SolOs direkte Umgebung. Auch wenn Parker Solar Probe viel näher an die Sonne herankommen kann, ist es SolOs Aufgabe speziell die Polarregionen von der Sonne ausgiebig zu untersuchen. Auch ein Vorteil der gewählten Höhe ist es, dass die Parker Solar Probe im Perihel, also am sonnennächsten Punkt etwa so schnell sich bewegt, wie die Sonne rotiert, somit können auch ganz gut Langzeitaufnahmen von zumindest einer größeren Region der Sonne angefertigt werden.

SolOs Instrumente

Flugmodell von Imager & Detektor-Elektronik-Modul des “Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays (STIX)”

STIX (Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays) ist ein Spektrometer und ein Teleskop, gebaut von der Fachhochschule Nordwestschweiz. für die Beobachtung im Röntgenstrahlenbereich. Der beobachtete Energiebereich wird etwa 4 keV bis 150 keV mit einer Winkelauflösung von etwa 7 Bogensekunden und einem Sichtfeld von 2 Grad umfassen. Das STIX wird die Intensität, Spektrum, Zeit und Ursprung von Röntgenquellen beobachten. So können Rückschlüsse auf Elektronen gezogen werden, die in der Korona der Sonne auf beachtliche Energien beschleunigt werden. Im Hintergrund steht dabei das Rätsel, wie sich die Korona nach der Sonnenoberfläche massiv bis etwa eine Millionen Kevin erhitzen kann. Das AIP (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam) hat sich ebenso am STIX beteiligt, genauso wie am Instrument EPT-HET für den EPD. Mehr zum STIX
PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager) vermisst das Magetfeld in der Photosphäre. Dessen Daten könnten aufschlussreich sein, über Sonnenflecken mehr herauszufinden. Der PHI kommt aus dem MPS (Max-Planck-Institut für Sonensystemforschung) und in Zusammenarbeit mit dem KIS (Kiepenheuer Institut für Sonnenphysik).
EUI (EUV full-Sun and high-resolution Imager) fertigt Bilder der verschiedenen Schichten der Sonnenatmosphäre an. Das EUI kommt auch aus dem MPS.
Coronagraph METIS beobachtet die Korona im Bereich des sichtbaren Lichts bis ins Ultraviolette in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. METIS kommt wie einige andere Instrumente auch vom MPS.
SoloHI (Heliospheric Imager) beobachtet Anomalitäten des sichtbaren Lichts durch die Elektronen im Sonnenwind. Dadurch können Massenbewegungen in der Korona aufgedeckt werden.
SPICE (Spectral Imaging of the Coronal Environment) vermisst die untere Korona und die Photosphäre durch ein UV-Spektroskop. SPICE kommt ebenso vom MPS.

Die In-situ-Instrumente (für die unmittelbare Umgebung):

EPD (Energetic Particle Detector) besteht aus SIS, STEIN, EPT-HET und LET (Suprathermal Ion Spectrograph, Suprathermal Electrons, Ions and Neutrals Telescope, Electron and Proton Telescope-High Energy Telescope, Low Energy Telescope) und untersucht Ionen, Elektronen und Atome, energiegeladenen Teilchen bei wenigen keV, bis zu hochenergetischen Elektronen und Ionen, 100 MeV (Protonen) und 200 MeV/Nukelon (schwere Ionen). Der EPD kommt vom CAU (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel).
SWA (Solar Wind Plasma Analyser) untersucht den Sonnenwind auf Eigenschaften und Zusammensetzung.
MAG (Magnetometer) misst das lokale Magnetfeld.
RPW (Radio and Plasma Waves) misst ebenso lokale Magnetfelder und elektrische Felder mit auch einer hohen zeitlichen Auflösung.