Stürme aus dem All

Das ist eine besondere Raumfahrtpremiere in der Sonnenforschung: Die Raumsonden STEREO-A und -B sollen vor und hinter der Erde so positioniert werden, dass sie von der Seite auf das System Sonne–Erde blicken können. Die Forscher würden damit über zwei „Augen“ verfügen, die den gesamten Raum vom Zentralgestirn bis zum blauen Planeten erfassen und einmalige Bilder aus ungewohnter Perspektive liefern.

Aus der Missionsbezeichnung Solar TErrestrial RElations Observatory ist bereits ersichtlich, dass es hierbei um die Erforschung komplexer Zusammenhänge des Systems Sonne–Erde geht. Hauptziel der zweijährigen STEREO-Mission ist die Untersuchung der Sonnenkorona und ihrer Massenausbrüche (Coronal Mass Ejections oder abgekürzt CME). Darunter sind plötzliche Eruptionen der Sonne zu verstehen, bei denen mehrere Milliarden Tonnen Gasmaterie aus der Sonnenatmosphäre in den interplanetaren Raum geschleudert werden. Die Gasmassen erreichen hierbei Geschwindigkeiten von bis zu 2000 Kilometern pro Sekunde. Was löst die CME aus? Wie breiten sie sich zwischen Sonne und Erde aus? Wie wirken sie sich auf das irdische Leben aus?

Größter Lauschangriff auf die Sonne

Sieben Jahre dauerten die Vorbereitungen zu dieser Mission. Weltweit führende Forschungseinrichtungen unter dem Projektmanagement der US-Raumfahrtbehörde NASA und der Europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelten die Zwillingssonden STEREO-A und -B. Die in den USA gebauten identischen Raumflugkörper sind jeweils 620 kg schwer und haben die Größe eines Kleinbusses von 6,4 mal 4,3 mal 2,6 Meter.

Im trilateralen Missionsverbund – STEREO, SOHO und Cluster – starten die Astronomen nunmehr den größten Lauschangriff auf die Sonne. In die Untersuchungen eng mit einbezogen ist SOHO, das in Europa gebaute Sonnenobservatorium der ESA, das unser Zentralgestirn seit 1996 aus einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometer – also aus nächster Nähe – beobachtet und damit zugleich als Wächtersatellit dient. Darüber hinaus erfassen seit 2000 die vier im Verbund betriebenen Cluster-Satelliten der ESA ein dreidimensionales Bild der Kollisionen zwischen Sonnenwind und Magnetfeld der Erde.

Die Augen des Frühwarnsystems

Die am 26. Oktober 2006 in Cape Canaveral gestarteten Zwillingssonden umrunden zunächst die Erde. Am 15. Dezember 2006 sowie am 21. Januar 2007 folgen zwei lunare Swingby-Manöver. Dabei wird die Gravitationskraft des Mondes geschickt genutzt, um beide Raumsonden in eine Umlaufbahn um die Sonne zu bringen, wobei STEREO-A (Ahead) vor und STEREO-B (Behind) hinter der Erde platziert werden. Von der Sonne aus gesehen fliegen die Zwillingssonden „rechts“ und „links“ neben der Erde. Mit zunehmendem Abstand blicken die Späher somit aus immer neuen Perspektiven sowohl auf die Sonne als auch die Erde und den umgebenden Weltraum.

Dank dieser privilegierten Position erleben die Forscher nicht nur die gewaltigen Ausbrüche auf der Sonne, sie beobachten auch die auf die Erde zurasenden Teilchenströme und können die Erdbewohner warnen. Bislang war es nicht möglich, gerade diese gefährlichen Materieschauer direkt zu erfassen. Die gewaltige Leuchtkraft der Sonne überstrahlt nämlich aus der Erdperspektive alle Messgeräte.
Das Sondenduo fungiert also auch als Frühwarnsystem, denn für die 150 Millionen Kilometer lange Strecke bis zur Erde benötigen die gefährlichen Teilchen – je nach Partikelart – Laufzeiten von einigen Stunden bis etwa zwei Tagen. Das ist ausreichend Zeit, um empfindliche Punkte besonders zu schützen.

Enge internationale Zusammenarbeit

An dem Gemeinschaftsprojekt von NASA und ESA sind Wissenschaftler und Forschungsinstitute aus zehn Ländern involviert, darunter aus den USA, Japan, Frankreich, den Niederlanden und Österreich. Aus Deutschland beteiligen sich die Max-Planck-Institute für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau und Extraterrestrische Physik in Garching, die Universitäten Kiel und Göttingen sowie das Astrophysikalische Institut Potsdam. Die DLR-Raumfahrtagentur unterstützt die Mission durch Förderung verschiedener deutscher Experimentbeiträge an STEREO.

Sonnenwind und Weltraumwetter

Die Rolle, die die Sonne für die Erde spielt, ist ambivalent. Einerseits erwärmt sie den Planeten auf lebensfreundliche Temperaturen, andererseits sendet sie lebensbedrohliche UV-Strahlung sowie elektrisch geladene Teilchen aus.
Dieser Partikelstrom – Sonnenwind genannt – weht beständig mit einer Geschwindigkeit von mehreren Millionen Kilometern pro Stunde durch das Planetensystem und besteht vorwiegend aus Wasserstoff- und Heliumionen. Forscher entdeckten abrupte Störungen des Sonnenwinds: Jene CME, die von Eruptionen auf der Sonnenoberfläche herrühren. Während das irdische Magnetfeld den normalen Sonnenwind um unseren Planeten herumleitet, staucht der ernorme Druck der CME-Gaswolken das Magnetfeld der Erde bis auf die Hälfte zusammen. Die Folge sind geomagnetische Stürme. Sie erzeugen zahlreiche Phänomene, die weit über den Rahmen der allseits bekannten eindrucksvollen Polarlichter hinausgehen und mit dem friedvoll klingenden Namen „Weltraumwetter“ zusammengefasst werden.

Gefahren für die Erde

Dieses Weltraumwetter beeinflusst nicht nur die Funktionstüchtigkeit technischer Systeme im Weltraum und auf der Erde, sondern kann auch Gesundheit und Leben von Menschen gefährden. Die Auswirkungen sind vielfältig. Sie reichen von Elektronikpannen, Unterbrechungen im Nachrichten- und Navigationsverkehr bis hin zu Störungen im Bahnverkehr. Weltraumwetter stört den Handyempfang, macht Satelliten unbrauchbar, gefährdet Raumfahrer und Flugzeugbesatzungen, bringt Stromleitungen und Flugzeugelektronik aus dem Takt, lässt Öl- und Gaspipelines korrodieren, Trafostationen explodieren und vieles mehr.
Die meisten Auswirkungen sind wissenschaftlich bewiesen, an anderen wird noch geforscht. Mit der neuartigen dreidimensionalen Beobachtungstechnik sind wir nun dem Phänomen Weltraumwetter hautnah auf der Spur.