Eine künstlerische Darstellung der vier PUNCH-Satelliten auf dem Tag-Nacht-Terminator (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)
Die Geheimnisse des Sonnenwindes werden dank des Starts einer bevorstehenden NASA-Mission, die die Sonne und das innere Sonnensystem unter die Lupe nehmen wird, bald einer neuen Prüfung unterzogen werden.
Die Mission mit der Bezeichnung PUNCH (Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere) ist eine Konstellation von vier koffergroßen Satelliten, die am Sonntag (2. März) in eine sonnensynchrone, niedrigpolare Umlaufbahn einschwenken werden. Da sie am Tag-Nacht-Terminator vorbeifliegen, werden diese Satelliten den Himmel von oben bis zum Horizont überblicken und so beobachten können, wie der Sonnenwind auf uns zuströmt.
„PUNCH wird einen noch nie dagewesenen dreidimensionalen Blick auf die Korona bieten, während sie sich in den Sonnenwind verwandelt und unser Sonnensystem füllt“, sagte Nicholeen Viall, PUNCHs Missionswissenschaftlerin vom Goddard Space Flight Center der NASA, am 13. Februar gegenüber Reportern.
Einer der PUNCH-Satelliten verfügt über einen mit einem Koronagraphen ausgestatteten Narrow-Field-Imager. Das ist ein Gerät, das eine künstliche totale Sonnenfinsternis erzeugt, um den Sonnenkörper zu blockieren, so dass wir seine äußere Atmosphäre, die Korona, sehen können.
Die anderen drei Satelliten verfügen jeweils über Weitwinkelkameras, die beobachten können, wie die Korona den Sonnenwind formt, und dann den erkannten Sonnenwind auf seiner Reise durch den Weltraum verfolgen.
PUNCH ist in der Lage, dies zu tun, indem er quasi eine Sonnenbrille trägt.
Die Eng- und Weitwinkelkameras dieser Mission sind Polarimeter; sie haben Filter, die nur Lichtteilchen oder Photonen durchlassen, die in bestimmte Richtungen schwingen. Das ist genau so, wie polarisierende Sonnenbrillen mit polarisiertem Licht umgehen.
Das polarisierte Licht, nach dem PUNCH sucht, wird von Elektronen reflektiert, die vom Sonnenwind getragen werden. Dieses polarisierte Lichtsignal ist jedoch sehr schwach. Tatsächlich stammen erstaunliche 99,9 % des polarisierten Lichts, das PUNCH aufspüren wird, von anderen Dingen wie Hintergrundsternen und dem Zodiakallicht. Die 0,1 %, für die sich die Wissenschaftler von PUNCH interessieren, müssen dann aus den Gesamtdaten herausgefiltert werden.
Als Nebenprodukt der gesamten polarimetrischen Messungen von PUNCH wird es den Wissenschaftlern jedoch gelingen, die umfassendste polarimetrische Sternkarte aller Zeiten zu erstellen, die für Astrophysiker von unschätzbarem Wert sein wird, die die Eigenschaften von Sternen, wie z. B. die magnetische Aktivität, untersuchen.
Eine künstlerische Darstellung des PUNCH-Satelliten mit Narrow-Field-Imager. (Bildnachweis: NASA’s Conceptual Image Lab/Kim Dongjae, Walt Feimer)
„Die Rohbilder werden wie gewöhnliche Sternenfelder aussehen, [aber] die Magie dieser Mission liegt in der Datenverarbeitung am Boden“, sagte der Leiter der Mission, Craig DeForest vom Southwest Research Institute, während der Telefonkonferenz am 13. Februar.
Anhand dieser Daten kann PUNCH die Richtung verfolgen, in die sich das Material im Sonnenwind bewegt. Wenn die Sonne zum Beispiel eine Plasmawolke ausstößt, die als koronaler Massenauswurf (CME) bezeichnet wird, kann PUNCH die genaue Flugbahn und Geschwindigkeit des CMEs bestimmen und ihm den ganzen Weg durch das innere Sonnensystem und in Richtung Erde folgen (falls er tatsächlich auf uns zusteuert).
Wenn ein CME auf das Magnetfeld unseres Planeten trifft, kann er geomagnetische Stürme auslösen, die den Funkverkehr stören, Satelliten und Astronauten gefährden und die Stromnetze auf der Erde beeinträchtigen können. Er kann auch wunderschöne Polarlichter über den Polarregionen der Erde erzeugen.
„Wir erwarten, dass wir die Vorhersage des Weltraumwetters revolutionieren werden“, sagte Deforest. „Wir sind die erste Mission, die in der Lage ist, Weltraumwetterereignisse in drei Dimensionen zu verfolgen.“
PUNCH ist auch an der Feinstruktur des Sonnenwindes interessiert. Wie der Sonnenwind von der Sonne „geblasen“ wird, ist noch unklar, aber es ist kein fließender Übergang von der Korona in den Sonnenwind. Magnetische Kehrtwendungen, bei denen der Sonnenwind im Zickzack zu laufen scheint, sowie Wirbel und Klumpen, ganz zu schweigen von den riesigen CMEs, sind feste Bestandteile des Sonnenwinds.
„Das Erstaunliche an PUNCH ist der Detailreichtum, den es liefern wird“, sagte Viall. „Wir werden die globale Struktur dieser enormen Massenauswürfe sehen, aber auch die kleinen Teile, die im Vergleich zu den koronalen Massenauswürfen klein sind, aber im Vergleich zur Erde immer noch groß sind.
PUNCH ist nicht das einzige Raumfahrzeug, das die Sonnenkorona und den Übergang in den Sonnenwind untersucht. Die Parker Solar Probe der NASA fliegt regelmäßig näher an die Sonne heran als jede andere Raumsonde zuvor; sie hat sich der Sonnenoberfläche, der Photosphäre, bis auf 6,2 Millionen Kilometer genähert und ist dabei in die Sonnenkorona eingetreten.
Durch die Kombination der PUNCH-Beobachtungen mit denen derParker-Sonnensonde wird es möglich sein, das Gesamtbild des Sonnenwindes zu sehen, der von der Korona unseres Sterns wegströmt, und sogar einige Details dieses Übergangs aus der Nähe zu erfassen.
„Zusammen werden die beiden Missionen komplementäre Datensätze liefern, die zeigen, wie die Sonne den Sonnenwind und das Weltraumwetter hervorbringt“, sagte DeForest.
PUNCH wird auch mit einer anderen Mission zusammenarbeiten, die später in diesem Jahr gestartet wird: IMAP, die Interstellar Mapping and Acceleration Probe. Während PUNCH innerhalb des Systems auf die Sonne schaut, blickt IMAP nach außen, an den Rand der Heliosphäre, der riesigen magnetischen Blase, die durch den Sonnenwind geblasen wird und die Planeten und den Kuipergürtel einschließt.
IMAP wird den Sonnenwind auf seiner Reise zur äußeren Grenze der Heliosphäre, der so genannten Heliopause, untersuchen, die etwa 120 Astronomische Einheiten (17,95 Milliarden Kilometer oder 11,15 Milliarden Meilen) von der Sonne entfernt ist. Dabei wird IMAP untersuchen, wo der Sonnenwind in das interstellare Medium übergeht, und während die Parker Solar Probe der Entstehung des Sonnenwindes sehr nahe kommt, wird PUNCH die Lücke zwischen ihnen schließen.
