Erste Bilder einer Sonnenfinsternis, aufgenommen von zwei Raumfahrzeugen in Formation

Die Proba-3- Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), eine von Spanien geleitete Technologiedemonstration, hat die ersten Bilder der äußeren Sonnenatmosphäre, der Sonnenkorona, geliefert. Den beiden Satelliten der Mission, die dank hochentwickelter Positionierungstechnologien an Bord in der Lage sind, in Formation zu fliegen, als wären sie ein einziger, ist es gelungen, in einer Umlaufbahn 60.000 km über der Erde ihre ersten „künstlichen totalen Sonnenfinsternisse“ zu erzeugen. Diese Finsternisse ähneln natürlichen Finsternissen, haben aber den Vorteil, dass sie alle 19,5 Stunden statt ein- oder zweimal im Jahr auftreten und sechs Stunden statt nur einiger Minuten dauern. Dadurch haben die Wissenschaftler wesentlich mehr Zeit, die Sonne zu studieren, und erhalten schärfere und detailliertere Bilder als mit Koronagrafen herkömmlicher Teleskope am Boden oder im Weltraum.

Coronagraph und Occulter , die beiden im Dezember von Indien aus gestarteten Raumfahrzeuge von der Größe eines großen Kühlschranks und einem Gewicht von bis zu 300 Kilogramm, vollbrachten eine bisher nie erreichte Leistung: Sie flogen mehrere Stunden lang in perfekter Formation mit 150 Metern Abstand ohne Bodenkontrolle. Dank innovativer Navigations- und Positionierungstechnologien hielten die beiden Raumfahrzeuge ihre relative Position mit einer Genauigkeit von einem Millimeter.

„Formationsflüge zwischen Raumfahrzeugen gab es schon früher, aber nie mit so großem Abstand und so hoher Präzision“, sagte Diego Rodríguez, Direktor für Wissenschaft und Raumfahrt bei Sener Aeroespacial, dem für die Mission verantwortlichen Unternehmen, gegenüber ABC. „Am höchsten Punkt jeder stark elliptischen Umlaufbahn suchen sich die beiden Raumfahrzeuge ohne Befehle gegenseitig, um in Formation zu fliegen“, erklärte er. Seiner Meinung nach ist dies ein wissenschaftlicher und technologischer Meilenstein in der Weltraumforschung.

Die Raumsonden nutzen diese Zeit der Formation, um die künstliche Sonnenfinsternis zu erzeugen. Sie richten sich so auf die Sonne aus, dass die 1,4 Meter breite Scheibe mit dem Okkulter einen 5 Zentimeter breiten Schatten auf das optische Instrument des Koronagraphen wirft, der es ermöglicht, die schwache Sonnenkorona zu untersuchen.

Dies ermöglichte es Wissenschaftlern, die Korona über einen sehr langen Zeitraum zu beobachten, was entscheidend ist, um ihre Geheimnisse zu ergründen. „Unser Ziel ist es, die Sonnenkorona zu untersuchen, eine weitgehend unerforschte Region, über die es viele Fragen gibt“, sagt Esther Bastida, Systemingenieurin am Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum (ESTEC) in den Niederlanden. „Wir wollen zum Beispiel herausfinden, warum die Sonnenoberfläche 6.000 °C heiß ist, während die Temperatur der Korona – die intuitiv kühler sein sollte – über eine Million Grad beträgt. Diese Bilder können uns helfen, das zu verstehen“, sagt sie.

Darüber hinaus ermöglicht die umfangreiche Beobachtungszeit den Forschern, mehr über die Funktionsweise des Sonnenwinds zu erfahren, dem kontinuierlichen Materiefluss von der Sonne in den Weltraum. Auch die Funktionsweise koronaler Massenauswürfe (CMEs) – Partikelexplosionen, die die Sonne fast täglich ausstößt, insbesondere in Zeiten hoher Aktivität – muss verstanden werden. Diese Ereignisse, die atemberaubende Polarlichter am Nachthimmel erzeugen können, stellen eine ernsthafte Bedrohung für die moderne Technologie dar. Sie können die Kommunikation, die Stromübertragung und die Navigationssysteme auf der Erde stören, wie es im Mai 2024 geschah.

Proba-3 beobachtet die Korona sehr nahe an der Sonnenoberfläche, was bisher nur bei natürlichen Sonnenfinsternissen möglich war. Andere Raumfahrzeuge, wie etwa das SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) der NASA und ESA oder der Solar Orbiter der ESA, führen Koronagrafen an Bord, um die Aktivität unseres Sterns zu untersuchen. Ihre Instrumente sind jedoch durch die Größe des Satelliten begrenzt und können nicht mit dem „Rieseninstrument“ mithalten, das die Raumfahrzeuge von Proba-3 bilden, wenn sie in Formation durch den Weltraum fliegen. „Dies reduziert das Beugungsphänomen, das dazu führt, dass Sonnenlicht durch die Okkulter fällt und zu ungenaueren Bildern führt“, sagt Bastida.

Probe-3 hat seit seinem Start bereits mehr als zwanzig Sonnenfinsternisse durchgeführt. Darüber hinaus wird sie weitere Experimente durchführen, sodass sie während ihrer zweijährigen Lebensdauer mindestens 1.000 Stunden lang die Sonne „verdecken“ wird, was mehr als 150 Sonnenfinsternissen entspricht.

Die Proba-3-Bilder wurden vom ASPIICS Science Operations Center (SOC) am Königlichen Observatorium Belgiens verarbeitet. Dort erstellt ein engagiertes Team aus Wissenschaftlern und Ingenieuren auf Anfrage der Fachwelt Betriebsbefehle für den Koronagraphen und teilt die resultierenden Beobachtungen. Jedes Gesamtbild, das den Bereich von der verdeckten Sonne bis zum Rand des Sichtfelds abdeckt, wird aus drei Bildern zusammengesetzt. Sie unterscheiden sich lediglich in der Belichtungszeit, die bestimmt, wie lange die Koronagraphenöffnung dem Licht ausgesetzt ist. Die Kombination der drei Bilder ergibt ein vollständiges Bild der Korona.