"Helioswarm" und "Muse" heißen zwei Sonnenmissionen der NASA, die uns Erdenbürgern helfen sollen, die Dynamik der Sonne und der Wirkung des Sonnenwindes auf die Erde besser zu verstehen. An der ersten der beiden vor wenigen Tagen genannten Missionen ist auch das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften beteiligt, wie das Weltrauminstitut am Mittwoch mitteilte. Der Start ist für 2028 vorgesehen.

Die Sonne sendet einen konstanten Strom von Teilchen - den Sonnenwind - aus, der ein komplexes Weltraumwettersystem in der Erdumgebung antreibt. Die erzeugten Wetterphänomene können auf der Erde immensen Schaden anrichten, indem sie die Funktionstüchtigkeit technischer Systeme im Weltraum gefährden. Die beiden nun ausgewählten Missionen sollen die verschiedenen Aspekte dieses dynamischen Systems untersuchen und Informationen zum Schutz von Astronauten, Satelliten und Kommunikationssignalen im All liefern. Die "Muse"-Mission wird helfen, die Kräfte zu verstehen, die die Erwärmung der Sonnenkorona und die Eruptionen in der Heliosphäre antreiben, die die Grundlage des Weltraumwetters bilden.

Raumsonden-Schwarm

Die Mission "Helioswarm" wagt sich in die äußerste atmosphärische Schicht der Sonne vor, in der sich der Sonnenwind ausbreitet. Der Sonnenwind besteht aus turbulenten magnetischen Wellen, Wirbeln und anderen Strukturen, die das Plasma aufheizen. Über die Entstehung und Entwicklung der Sonnenwindturbulenzen weiß man allerdings nur sehr wenig. Mit der Mission hofft man ihrem Geheimnis auf die Spur zu kommen. Laut der Grazer IWF-Direktorin Christiane Helling leisten Missionen wie diese "fundamentale Beiträge zum Verständnis des Turbulenz-Phänomens, für das es noch immer keine allgemeingültige Beschreibung gibt".

Um Sonnenwindturbulenzen über große Gebiete zu untersuchen, sind Plasmamessungen erforderlich, die gleichzeitig von verschiedenen Punkten im Weltraum durchgeführt werden. Darum wurde für "Helioswarm" ein ganzer Schwarm von insgesamt neun Satelliten konzipiert. Sie werden die Mehrpunktmessungen im Weltraum durchführen.

An der Mission, die von der University of New Hampshire in Durham geleitet wird, ist auch das Grazer Weltrauminstitut beteiligt. "Helioswarm wird die physikalischen Prozesse aufdecken, die für das Aufheizen der geladenen Teilchen im interplanetaren Raum verantwortlich sind", erklärte Owen Roberts, Forscher am IWF in Graz, der das Missionskonzept miterstellt hat und nun zum Wissenschaftsteam gehört. Wenn man die Temperatur des Sonnenwindes misst, zeigt dieser nämlich ein noch unerklärliches Verhalten: Er ist viel heißer, als man es für ein expandierendes Gas erwarten würde.

Ein zentraler Satellit und acht Kleinsatelliten

Die sogenannte Medium-Class Explorer-Mission "Helioswarm" ist darauf ausgelegt, die Art der Magnetfeldschwankungen und ihre Auswirkungen auf die Plasmaerwärmung und -beschleunigung zu erforschen. "Am IWF entwickeln wir eine Wellenanalysemethode, die die Daten von allen neun Satelliten kombiniert. Mit dieser Methode lässt sich feststellen, welche Arten von Wellen es gibt, in welche Richtungen sie sich bewegen und vor allem, wie sie Teilchen aufheizen und beschleunigen", wie der Forscher erklärte. Bis dahin dauert es allerdings noch eine Weile, denn gestartet wird erst im Jahr 2028.

Der Satelliten-Schwarm besteht aus einem zentralen Satelliten und acht Kleinsatelliten, die von ihm aus gestartet werden. Die neun Trabanten befinden sich in unterschiedlichen Abständen zueinander. Der Hauptsatellit hält Funkkontakt mit jedem Kleinsatelliten. Der Funkkontakt zwischen dem Satelliten-Schwarm und der Erde wird über den Zentralsatelliten und das NASA Deep Space Network mit den Kommunikationsantennen der Satelliten hergestellt. "Diese technische Innovation bietet die einzigartige Möglichkeit, die Turbulenz und ihre Entwicklung im Sonnenwind zu untersuchen", führte Roberts weiter aus.

Die Anfänge von "Helioswarm" reichen in die 1980er-Jahre zurück, technisch ist so eine Mission erst seit kurzer Zeit machbar. "Es ist unglaublich, wie sich die Wissenschaft in den letzten Jahrzehnten entwickelt hat. Innerhalb weniger Jahrzehnte haben wir uns von einzelnen Satelliten zu Tetraeder-Konstellationen wie Cluster und MMS entwickelt und nun schicken wir ganze Raumsonden-Schwärme aus, mit denen wir revolutionäre Entdeckungen machen werden", zeigte sich Rumi Nakamura, Leiterin der Forschungsgruppe Weltraumplasmaphysik am IWF, überzeugt.