Koronale Massenauswürfe (auch bekannt als Sonneneruptionen) sind eine ernsthaft gefährliche Sache. Immer wenn die Sonne einen Ausbruch dieser geladenen Teilchen aussendet, kann sie hier auf der Erde elektrische Systeme, Flugzeuge und Satelliten verwüsten. Schlimmer noch ist der Schaden, den es Astronauten an Bord der ISS zufügen kann, die nicht über den Schutz der Erdatmosphäre verfügen. Daher liegt es auf der Hand, warum Wissenschaftler diese Ereignisse besser vorhersagen wollen.
Aus diesem Grund ist die Smithsonian Astrophysical Observatory und der Charles Stark Draper Laboratory – eine gemeinnützige Engineering-Organisation mit Sitz in Cambridge, Massachusetts – arbeiten an der Entwicklung spezialisierter Sensoren für die von der NASA vorgeschlagene Solarsonde. Diese Raumsonde wird 2018 starten und in die Sonnenatmosphäre fliegen und das Gesicht der Sonne „berühren“, um mehr über ihr Verhalten zu erfahren.
Dieses Raumschiff – bekannt als Solarsonde Plus (SPP) – wird derzeit von der Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University . Nach dem Start wird das SPP über fast sieben Jahre sieben Vorbeiflüge an der Venus nutzen, um seine Umlaufbahn um die Sonne schrittweise zu verkleinern. Während dieser Zeit wird es 24 Vorbeiflüge an der Sonne durchführen und in die obere Atmosphäre der Sonne (Corona) übergehen, wobei sie innerhalb von 6,4 Millionen km (4 Millionen Meilen) an ihrer Oberfläche vorbeifliegt.
Bei dieser Entfernung wird es 37,6 Millionen km (23,36 Millionen Meilen) näher an der Sonne gereist sein als jedes andere Raumschiff in der Geschichte. Gleichzeitig wird es einen neuen Rekord für das sich am schnellsten bewegende Objekt aufstellen, das je von Menschen gebaut wurde – mit Geschwindigkeiten von bis zu 200 km/s (124,27 mi/s). Und nicht zuletzt wird es Hitze und Strahlung ausgesetzt sein, die noch nie zuvor ein Raumfahrzeug ausgesetzt war, die Temperaturen von über 1371 ° C (2500 ° F) aufweisen wird.
Wie Seamus Tuohy, der Direktor des Space Systems Program Office bei Draper, in einem CfA . sagte Pressemitteilung :
„Eine solche Mission würde ein Raumfahrzeug und eine Instrumentierung erfordern, die extremen Strahlungen, Hochgeschwindigkeitsreisen und den rauen Sonnenbedingungen standhalten können – und das ist die Art von Programm, die Draper und dem Smithsonian Astrophysical Observatory zutiefst vertraut ist.“
Diese Sonde ist nicht nur eine historische Premiere, sondern wird auch neue Daten zur Sonnenaktivität liefern und Wissenschaftlern helfen, Methoden zur Vorhersage wichtiger Weltraumwetterereignisse zu entwickeln, die sich auf das Leben auf der Erde auswirken. Dies ist besonders wichtig in einer Zeit, in der die Menschen zunehmend auf Technologien angewiesen sind, die durch Sonneneruptionen negativ beeinflusst werden können – von Flugzeugen und Satelliten bis hin zu Haushaltsgeräten und Elektrogeräten.
Laut einer aktuellen Studie der Nationale Akademie der Wissenschaften Schätzungen zufolge könnte ein riesiges Solarereignis heute allein in den USA zwei Billionen Dollar Schaden anrichten – und Orte wie die Ostküste wären bis zu einem Jahr ohne Strom. Ohne Strom für Heizung, Versorgungsunternehmen, Licht und Klimaanlage wäre die Zahl der Todesopfer bei einem solchen Ereignis erheblich.
Daher geht es bei der Entwicklung fortschrittlicher Warnsysteme, die zuverlässig vorhersagen können, wann ein koronaler Massenauswurf kommt, nicht nur darum, Schäden zu verhindern, sondern Leben zu retten. Als Justin C. Kasper, leitender Forscher am Smithsonian Astrophysical Observatory und Professor für Weltraumwissenschaften an der University of Michigan, genannt:
„[I]neben der Beantwortung grundlegender wissenschaftlicher Fragen besteht die Absicht darin, die Risiken des Weltraumwetters für die modernen Kommunikations-, Luftfahrt- und Energiesysteme, auf die wir uns alle verlassen, besser zu verstehen. Viele der Systeme, auf die wir in der modernen Welt angewiesen sind – unsere Telekommunikation, GPS, Satelliten und Stromnetze – könnten für einen längeren Zeitraum unterbrochen werden, wenn heute ein großer Sonnensturm eintritt. Solar Probe Plus wird uns helfen, die Auswirkungen des Weltraumwetters auf die Gesellschaft vorherzusagen und zu steuern.“
Zu diesem Zweck verfolgt das SPP drei große wissenschaftliche Ziele. Zunächst wird versucht, den Energiefluss zu verfolgen, der die Sonnenkorona und den Sonnenwind erwärmt und beschleunigt. Zweitens werden die Forscher versuchen, die Struktur und Dynamik von Plasma und Magnetfeldern als Quelle des Sonnenwinds zu bestimmen. Und schließlich werden die Mechanismen erforscht, die energiereiche Teilchen beschleunigen und transportieren – insbesondere Elektronen, Protonen und Heliumionen.
Dazu wird das SPP mit einem fortschrittlichen Suite von Instrumenten . Eines der wichtigsten davon ist dasjenige, das vom Smithsonian Astrophysical Observatory mit technischer Unterstützung von Draper gebaut wurde. Dieses Gerät, bekannt als Faraday Cup – und benannt nach dem berühmten elektromagnetischen Wissenschaftler Michael Faraday – wird von SAO und der University of Michigan in Ann Arbor betrieben.
Der Farady Cup wurde entwickelt, um Störungen durch elektromagnetische Strahlung zu widerstehen, misst die Geschwindigkeit und Richtung der geladenen Teilchen der Sonne und befindet sich nur zwei außerhalb des schützenden Sonnenschutzes des SPP – eine weitere entscheidende Komponente. Mit einer Dicke von 11,43 cm (4,5 Zoll) stellt dieser Schutz aus Kohlenstoffzusammensetzung sicher, dass die Sonde den extremen Bedingungen standhält, während sie ihre vielen Vorbeiflüge durch die Sonnenkorona leitet.
Natürlich bringt die Mission mehrere Herausforderungen mit sich, nicht zuletzt die Erfassung von Daten während des Betriebs in einer extremen Umgebung und bei extremen Geschwindigkeiten. Aber die Auszahlung lohnt sich auf jeden Fall. Jahrelang haben Astronomen die Sonne studiert, aber nie aus dem Inneren der Sonnenatmosphäre.
Durch den Flug durch den Geburtsort der energiereichsten Sonnenpartikel wird das SPP unser Verständnis der Sonne und des Ursprungs und der Entwicklung des Sonnenwinds verbessern. Dieses Wissen könnte uns nicht nur helfen, eine Naturkatastrophe hier auf der Erde zu vermeiden, sondern auch dazu beitragen, unser langfristiges Ziel der Erforschung (und sogar Kolonisierung) des Sonnensystems voranzutreiben.
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