Der Satellit Solar Dynamics Observatory (SDO) beobachtet die Sonne 24 Stunden am Tag und verbessert mit seinen kontinuierlichen Messwerten die Vorhersage des Weltraumwetters. Das Sonnenobservatorium startete am 11. Februar 2010 mit einer Atlas-V-Rakete von Cape Canaveral und soll mindestens fünf Jahre lang Daten sammeln. Die Wissenschaftler hoffen sogar, dass SDO über die Dauer eines kompletten Sonnenfleckenzyklusses - etwa elf Jahre - betrieben werden kann. In den ersten zwei Monaten nach dem Start werden die Instrumente getestet und kalibriert, bevor der Routinebetrieb beginnt. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) unterstützt die NASA-Mission durch ein deutsches SDO-Datenzentrum am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen.
Das SDO-Observatorium soll die Sonne von seinem geo-synchronen Orbit in 36.000 Kilometern Höhe beobachten. Die Qualität seiner Sonnenbilder wird bis zu zehnmal besser sein als Bilder mit dem bekannten Fernsehformat HD (High Definition TV). Die Detektoren in den Instrumenten erfassen die Sonne mit Sensoren, die 4.096 x 4.096 Pixel haben, was hochaufgelöste Bilder mit etwa 16,7 Megapixeln ermöglicht. SDO ist die erste Mission des NASA-Programms „Living with a Star“ (LWS).
Magnetfeldlinien um die Sonne
Die Darstellung zeigt die Magnetfeldlinien um die Sonne. Das Instrument „Atmospheric Imaging Assembly“ (AIA) auf SDO wird die Wechselwirkung zwischen den Aktivitäten des Sonnenmagnetfelds und den Energiefreisetzungsprozessen in der Sonnenkorona untersuchen.
„Sonnenwind“ und „Flares“: Herausforderungen für Mensch und Technik
Ohne Sonne wäre ein Leben auf der Erde undenkbar. Aber ihre hochenergetisch geladenen Teilchen haben auch negative Auswirkungen. Sie sind verantwortlich für den Ausfall von Navigations- und Kommunikationssatelliten, gefährden Astronauten und Flugpersonal und verursachen Überspannungsschäden in den Stromversorgungsnetzen.
Verursacht werden diese Beeinträchtigungen durch heftige Explosionen in der Sonnenatmosphäre, die so genannten „Flares“. Weitere Auslöser sind Ströme elektrisch geladener Teilchen - der Sonnenwind - und koronale Massenauswürfe (CMEs), das heißt Auswürfe von Milliarden von Tonnen an Sonnenmaterial in den interplanetaren Raum. Doch während die Materieteilchen von CMEs meist einige Tage brauchen, um den erdnahen Raum zu erreichen, bewegen sich elektrisch geladene Teilchen und die Sonnenstrahlung mit Lichtgeschwindigkeit. Dadurch dauert es nur acht Minuten von einer „Sonnenexplosion“ bis zum Auftreffen auf der Erde. Besonders betroffen von den schädlichen Sonnen-Einflüssen sind der erdnahe Weltraum und die Polgebiete der Erde.
Durch die Daten des SDO-Satelliten können Wissenschaftler und Techniker zukünftig ihre Vorhersagen der solaren Strahlung, auch „Weltraumwetter“ genannt, deutlich verbessern. Das ermöglicht es den Betreibern von Satelliten, im Gefahrenfalle ihre Geräte in eine gesicherte Funktion zu schalten, damit beispielsweise Überlastungs- und Strahlungsschäden minimiert werden können. Astronauten auf der Internationalen Raumstation ISS können im Gefahrenfall einen besonders geschützten Raum aufsuchen.
SDO-Satellit mit Instrumenten
An Bord von SDO befinden sich die Instrumente AIA (Atmospheric Imaging Assembly), HMI (Helioseismic and Magnetic Imager) und EVE (Extreme Ultraviolet Variability Experiment). Sie erzeugen alle zehn Sekunden eine neue Aufnahme von der Sonne.
Der SDO-Satellit benutzt für seine Sonnenbeobachtungen drei Instrumente. Das Instrument „Helioseismic and Magnetic Imager“ (HMI) beobachtet vergleichbar einem Ultraschallgerät das Sonneninnere und die von der Erde aus unsichtbare Rückseite der Sonne. Die Wechselwirkung zwischen den Aktivitäten des Sonnenmagnetfelds und der Energiefreisetzungsprozesse in der Sonnenkorona untersucht das Instrument „Atmospheric Imaging Assembly“ (AIA), während das Instrument „Extreme Ultraviolet Variability Experiment“ (EVE), kontinuierlich die Veränderungen der Sonnenstrahlung im extremen Ultraviolettbereich misst.
Die SDO-Instrumente, insbesondere EVE, erfassen die Sonne alle zehn Sekunden mit einer neuen Aufnahme. Dies erzeugt sehr große Daten-Mengen, etwa 1,5 Terabyte oder 1500 Gigabyte pro Tag. Dies entspricht etwa dem täglichen Download von 500.000 Songs oder 240 Hollywoodfilmen auf DVD. Damit diese Menge an Daten überhaupt genutzt werden kann, sendet SDO bei seinen Überflügen der Bodenstation in White Sands (New Mexico, USA) seine Messdaten mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 Megabit pro Sekunde zur Erde.
Falschfarbenbild der Sonne im extremen Ultraviolettbereich, gemessen am 30. März 2010 mit dem Solar Dynamics Observatory
Ein Bild der gesamten Sonnenscheibe, zusammengesetzt aus SDO-Messungen bei mehreren Wellenlängen im extremen Ultraviolettbereich. Die Falschfarben des Bildes entsprechen unterschiedlichen Plasmatemperaturen. Rote Bereiche sind relativ „kühl“ (ca. 60.000 Kelvin). Blaue und grüne Regionen auf der Sonne sind dagegen viel heißer (mehr als 1 Million Kelvin).
Von dort werden die Rohdaten an das deutsche Datenzentrum am MPS weitergereicht, komprimiert und prozessiert. Das MPS erzeugt aus den Rohdaten für Wissenschaftler nutzbare hoch aufgelöste Karten der Strömungen im Sonneninneren, 3-D-Karten des koronalen Sonnenmagnetfeldes und aktuelle Tabellen der Gesamthelligkeit der Sonne. Diese Auswertungen werden später allen Forschern weltweit zur Verfügung gestellt.
Die Bodenkontrolle und Steuerung des Solar Dynamics Observatory hat das NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt (Maryland, USA) übernommen. Die Missionskosten für SDO belaufen sich für die amerikanische Weltraumbehörde auf etwa 870 Millionen US-Dollar. Das DLR hat das SDO-Datenzentrum mit Geldern des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) finanziert. Deutschland investiert etwa 1,5 Millionen Euro in die Mission. Weitere deutsche Partner an SDO sind das Astrophysikalische Institut Potsdam (AIP) und das Kiepenheuer Institut für Sonnenphysik (KIS) in Freiburg. Das MPS fungiert als Ansprechstelle für alle Datenanfragen von Seiten deutscher Wissenschaftler.
