Rund einen Monat vor Beginn seines Forschungsfluges in der Stratosphäre hat das ballongetragene Sonnenobservatorium Sunrise III von seinem Startplatz am Polarkreis zum ersten Mal die Sonne betrachtet. Im Juni wird Sunrise III vom Esrange Space Center, der Ballon- und Raketenbasis der schwedischen Raumfahrtagentur (SSC) in Kiruna (Schweden), abheben und auf eine Höhe von etwa 35 Kilometern aufsteigen. Während seines mehrtägigen Fluges wird er dann einzigartige Messungen der Sonne vornehmen. Prozesse in der Chromosphäre, der hochdynamischen Schicht zwischen der sichtbaren Oberfläche und der äußeren Atmosphäre der Sonne, werden so präziser denn je sichtbar. In den verbleibenden Wochen bis zum Start werden die technischen und wissenschaftlichen Teams aus Deutschland, Spanien, Japan und den USA alle Systeme und die wissenschaftlichen Instrumente für ihre Mission vorbereiten und Flugverfahren und -betrieb proben.
Seit Anfang April ist das Esrange Space Center in Kiruna (Schweden) Schauplatz der letzten Vorbereitungen für den Flug von Sunrise III. Die gesamte Hardware, darunter die Gondel, das Sonnenteleskop und die wissenschaftlichen Instrumente, war in Einzelteile zerlegt per Lkw vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen (Deutschland) dorthin gereist. Die MPS leitet die Mission. Seitdem sind die eisigen Temperaturen von bis zu -15 Grad Celsius und Schneetreiben, die bei der Ankunft vorherrschten, erträglicheren Bedingungen gewichen. Das sogenannte „First Light“, der erste Blick auf die Sonne von Sunrise III, fand bei Temperaturen um den Gefrierpunkt statt.
„Der Start vom Polarkreis ist mit einem erheblichen logistischen Aufwand verbunden“, blickt Sunrise III-Projektleiter und MPS-Wissenschaftler Andreas Korpi-Lagg auf die letzten Monate zurück. Doch für den wissenschaftlichen Erfolg der Mission ist der abgelegene Startplatz im hohen Norden entscheidend. Da die Sonne im Sommer nicht jenseits des Polarkreises untergeht, kann Sunrise III während ihres Fluges rund um die Uhr Beobachtungsdaten aufzeichnen. Am Boden finden Forscher, die die Sonne untersuchen, die besten Sichtbedingungen an Orten wie Hawaii, den Kanarischen Inseln und dem Südwesten der USA. Aber dort beschränken sich die Messungen selbst während der besten Beobachtungszeit, meist im Frühsommer, typischerweise auf wenige Stunden am Tag.
Bildnachweis: Max-Planck-Gesellschaft
Ein weiterer Vorteil von Sunrise III ist seine Beobachtungshöhe. Beim Start hebt ein riesiger, mit Helium gefüllter Ballon das sechs Meter hohe Observatorium in die Stratosphäre auf eine Höhe von etwa 35 Kilometern. Der Wind trägt dann beide nach Westen. In dieser Höhe, die fast den Übergang zum Weltraum markiert, ist die Atmosphäre so dünn, dass Luftturbulenzen die Sicht nicht beeinträchtigen. Darüber hinaus hat Sunrise III Zugang zur ultravioletten Strahlung der Sonne, von der der größte Teil von der Erdatmosphäre absorbiert wird. „Nur Raumsonden bieten bessere Beobachtungsbedingungen“, sagt Sami Solanki, Principal Investigator bei Sunrise III, Direktor am MPS.
Während des First Light in Kiruna blieb Sunrise III am Boden. Der Meilenstein liefert nicht in erster Linie wissenschaftlich aussagekräftige Daten von der Sonne, sondern die Möglichkeit, alle Systeme mit natürlichem Sonnenlicht zu testen und zu kalibrieren. Vorsichtig hebt der Kran in der großen Halle, die Sunrise III als „Zuhause“ im Esrange Space Center dient, das sechs Tonnen schwere Observatorium einige Zentimeter aus dem Boden. Die Flurtür öffnet sich. Erstmals richtet sich die Gondel automatisch nach der Sonne aus – so wie beim Forschungsflug. Sonnenstrahlen fallen in das Teleskop und gelangen von dort zu den wissenschaftlichen Instrumenten und dem Bildstabilisierungssystem. Vor ihren Computerbildschirmen weiter unten in der Halle überwachen die Wissenschaftler- und Ingenieurteams, wie die Systeme reagieren.
Sunrise III ist mit drei wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet. Zusammen liefern sie umfassende Beobachtungsdaten von der Region direkt unterhalb der sichtbaren Oberfläche der Sonne bis zur oberen Chromosphäre, etwa 2.000 Kilometer darüber. Sie fangen infrarotes, sichtbares und ultraviolettes Licht aus dieser Region ein und machen so dynamische Prozesse und Magnetfelder sichtbar. Darüber hinaus enthält Sunrise III ein ausgeklügeltes Bildstabilisierungssystem. Sie sorgt dafür, dass das Observatorium auch am wackelnden Ballon hochpräzise Daten aufzeichnet. Wollte ein Sportschütze ähnlich „wackelfrei“ schießen, müsste er seine Ausrüstung so ruhig halten, dass der Schuss auf einer Distanz von sieben Kilometern um nicht mehr als eine Haardicke abgelenkt wird.
Die Chromosphäre der Sonne liegt zwischen ihrer sichtbaren Oberfläche und ihrer äußeren Atmosphäre, der Korona. In dieser Verbindungsschicht findet ein enormer Temperatursprung statt: von den vergleichsweise moderaten 6000 Grad Celsius an der Oberfläche auf bis zu 20.000 Grad Celsius. In den darüber liegenden Schichten steigen die Temperaturen dann auf bis zu eine Million Grad Celsius. „Auch nach Jahrzehnten moderner Sonnenforschung ist die Chromosphäre immer noch mysteriös“, sagt Solanki. „Eine Vielzahl von Prozessen, die wir noch nicht vollständig verstehen, laufen in der Chromosphäre ab und versorgen die Korona mit Energie“, fügt er hinzu. Zusammen erzeugen diese Prozesse nicht nur die unglaublich hohen Temperaturen der Korona, sondern ermöglichen auch die heftigen Eruptionen, bei denen die Sonne immer wieder Teilchen und Strahlung ins All schleudert.
Die Beobachtungsdaten von Sunrise III werden die bisher beste Höhenauflösung aus der Chromosphäre liefern: Genauer als je zuvor wird es möglich sein, einzelnen Prozessen eine exakte Höhe über der Sonnenoberfläche zuzuordnen. „Mit Sunrise III werden wir Prozesse in der Chromosphäre besser denn je verfolgen können“, sagt Sunrise-III-Projektwissenschaftler Achim Gandorfer.
Bis der abenteuerliche Flug von Sunrise III beginnt und das Observatorium erste Daten sammelt, werden noch einige Wochen vergehen. Während dieser Zeit werden alle Systeme in Betrieb genommen und Flugverfahren geübt. „Der Flug wird nur wenige Tage dauern. Von Anfang an muss alles reibungslos funktionieren“, sagt Korpi-Lagg. Abhängig von der Windgeschwindigkeit wird Sunrise III nach etwa fünf bis sieben Tagen die unbewohnten Gebiete im Nordosten Kanadas erreichen. Dort wird das Observatorium per Fallschirm landen.
Der genaue Starttermin wird jedoch vom Wetter bestimmt. Bei Niederschlag kann Sunrise III nicht abheben; Windstille ist ebenfalls erforderlich. „Unsere Vorbereitungen laufen nach Plan. Wir werden Anfang Juni startbereit sein“, sagt Korpi-Lagg. Die letzte Phase des Abenteuers hat begonnen.