Kleiner Satellit untersucht große Auswirkungen der solaren Teilchen

Mit der ersten Artemis-Mission fliegen auch mehrere kleine Satelliten ins All. Einer von ihnen wird nicht den Mond, sondern die Sonne untersuchen. Der Cusp-Satellit soll dabei die solaren Teilchenereignisse beobachten.

Eine künstlerische Darstellung: Das Magnetfeld der Sonne (links) und die Freisetzung von Plasma wirken sich direkt auf die Erde (rechts) und den Rest des Sonnensystems aus. Die Sonne ist in rot-gelben Tönen wie ein Feuerball dargestellt. Die Erde ist ein kleiner Punkt, dessen Magnetfeld mit blauen Linien gezeigt wird.
Das Magnetfeld der Sonne und die Freisetzung von Plasma wirken sich direkt auf die Erde und den Rest des Sonnensystems aus Bildrechte: imago/UPI Photo

Obwohl die kleine Cusp-Raumsonde mit der ersten Artemis-Mission ins Weltall aufbricht, wird sie nicht den Mond untersuchen. Der Satellit mit dem Namen Cubesat for Solar Particles (engl. Kleinsatellit für solare Partikel, kurz: Cusp) wird gerade einmal so groß wie eine Müslischachtel sein und nach dem Launch zur Sonne aufbrechen. 

Eine künstlerische Darstellung des Startes der SLS-Mega-Mondrakete der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa.
Eine künstlerische Darstellung des Startes der SLS-Mega-Mondrakete der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa. Bildrechte: Nasa

Nachdem sich die kryogene Zwischenstufe ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) vom übrigen Raumschiff getrennt hat, werden die ersten kleinen Cubesats in den Weltraum freigegeben. Insgesamt gibt es zehn solcher Missionen mit unterschiedlichen Aufgaben. Einige werden den Mond untersuchen, andere ins tiefe Weltall aufbrechen. Cusp ist die einzige Mission, die im Zuge der Artemis-Mondmission zur Sonne fliegen wird. Die Raumsonde soll das Magnetfeld und die dynamischen Teilchen der Sonne untersuchen. Dabei wird Cusp die Sonne im interplanetaren Raum umkreisen. 

Das Weltraumwetter besser verstehen wollen

Die Sonne setzt einen ständig fließenden Strom von Teilchen und Magnetfeldern frei, den Sonnenwind. Dann gibt es noch koronale Massenauswürfe (CMEs), bei denen schnellere und dichterer Wolken aus Sonnenwindmaterial in den Weltraum ausgestoßen werden. Wenn diese die Erde erreichen, können sie mit dem Magnetfeld der Erde interagieren und einen sogenannten geomagnetischen Sturm erzeugen. Das kann zur Belastung der Stromnetze auf der Erde führen und die bereits im Weltraum befindliche Raumfahrttechnik beeinträchtigen. 

Und obwohl die Sonne der größte Himmelskörper in unserem Sonnensystem ist, wissen wir nur sehr wenig über sie.

Fakten zur Sonne

Kennen Sie sich mit unserer Sonne aus? Wie viele dieser Fakten kannten Sie bereits? Testen Sie sich selbst.

Erde und Sonne sind 147 Millionen bis 152 Millionen Kilometer voneinander entfernt.
Erde und Sonne sind 147 Millionen bis 152 Millionen Kilometer voneinander entfernt. Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK
Erde und Sonne sind 147 Millionen bis 152 Millionen Kilometer voneinander entfernt.
Erde und Sonne sind 147 Millionen bis 152 Millionen Kilometer voneinander entfernt. Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK
Die Sonne dreht sich einmal in 25 Tagen um ihre eigene Achse.
Die Sonne dreht sich einmal in 25 Tagen um ihre eigene Achse. Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK
Der Durchmesser der Sonne ist so groß, dass man 109 Erden nebeneinander reihen könnte.
Der Durchmesser der Sonne ist so groß, dass man 109 Erden nebeneinander reihen könnte. Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK
Brühend heiße Sonne: Die Temperatur im Sonnenkern beträgt 15 Millionen Grad. Auf ihrer Oberfläche sind es 6.000 Grad. Doch das Gas der Korona kann mehrere Millionen Grad erreichen.
Brühend heiße Sonne: Die Temperatur im Sonnenkern beträgt 15 Millionen Grad. Auf ihrer Oberfläche sind es 6.000 Grad. Doch das Gas der Korona kann mehrere Millionen Grad erreichen. Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK
4,6 Milliarden Jahre, so alt ist unsere Sonne und es wird sie noch ungefähr 5 Milliarden Jahre länger geben.
4,6 Milliarden Jahre, so alt ist unsere Sonne und es wird sie noch ungefähr 5 Milliarden Jahre länger geben. Bildrechte: MITTELDEUTSCHER RUNDFUNK
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Besseres Verständnis von der Sonne erlangen

Laut Mihir Desai, dem leitenden Forscher für Cusp am texanischen Southwest Research Institute in San Antonio, soll der kleine Satellit dazu beitragen, wichtige Erkenntnisse über das Weltraumwetter zu liefern, damit Wissenschaftler ihre Simulationen verbessern können.

Bereits Stunden bevor die solaren Teilchen die Erde erreichen, werden sie vom Cusp-Satelliten erfasst. Derzeit werden Messungen der Weltraumumgebung von etwa einem Dutzend Satelliten durchgeführt, die alle mit unterschiedlichen Instrumenten ausgestattet sind. Die meisten dieser Satelliten umkreisen die Erde oder den L1-Lagrange-Punkt, einen Punkt zwischen der Erde und der Sonne, der etwa eine Million Kilometer von uns entfernt ist. 

Drei Instrumente zur Sonnenbeobachtung machen den Anfang

Der Mikrosatellit ist mit drei Instrumenten zur Sonnenbeobachtung ausgestattet. Das miniaturisierte Elektronen- und Protonenteleskop (Merit) der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa soll hochenergetische solare Energieteilchen zählen. Das Suprathermal Ion Spectrograph (SIS) des Southwest Research Institutes soll niederenergetische solare Energieteilchen aufzuspüren und charakterisieren, wogegen das Vector Helium Magnetometer (VHM) der Nasa die Stärke und Richtung von Magnetfeldern messen soll. 

Um das Weltraumwetter zu verstehen und zeitnah zu deuten, würde es Weltraumwetterstationen benötigen, die Millionen von Kilometern voneinander entfernt im Weltraum verstreut sind. "Im Moment ist es so, als würden wir versuchen, das Wetter für den gesamten Pazifik mit nur einer Handvoll Wetterstationen zu verstehen. Wir müssen Daten von mehr Standorten sammeln", erklärt Eric Christian. Er ist der leitende Nasa-Goddard-Wissenschaftler für Cusp. 

Das Team CuSP hinter dem Solar-CubeSat, bevor er im Kennedy Space Center der Nasa in Florida in den Adapter der Orion-Stufe der Space Launch System-Rakete geladen wurde
Das Team Cusp hinter dem Solar-CubeSat, bevor er im Kennedy Space Center der Nasa in Florida in den Adapter der Orion-Stufe der Space Launch System-Rakete geladen wurde Bildrechte: Nasa

Doch die Kosten eines solchen Systems sind zu hoch. Mikrosatelliten wie Cusp könnten dabei eine Lösung sein. Auch wenn sie nur wenige Instrumente an Bord haben, machen sie ihr standardisiertes Design und die geringe Masse zu einer kostengünstigen Alternative für wissenschaftliche Sonnenmissionen. "Wenn man 20 CubeSats in verschiedenen Umlaufbahnen hätte, könnte man wirklich anfangen, die Weltraumumgebung in drei Dimensionen zu verstehen", so Christian.

Ursprünglich sollte die Mission nur im erdnahen Orbit operieren. Jedoch hatte das Forschungsteam den Satelliten neukonfiguriert, als sie von der Chance eines Fluges am Bord der Mega-Mondrakete SLS hörten. Nun soll Cusp die Sonne direkt umkreisen.

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