Am 12. August 2023 passiert die NASA-Raumsonde STEREO-A zwischen Sonne und Erde und markiert damit den ersten Erdvorbeiflug der fast 17 Jahre alten Mission. Der Besuch zu Hause bietet der Raumsonde eine besondere Chance, mit NASA-Missionen in der Nähe der Erde zusammenzuarbeiten und neue Einblicke in unseren nächsten Stern zu gewinnen.
Die Zwillingsraumsonde STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory) startete am 25. Oktober 2006 von der Cape Canaveral Air Force Station in Florida. STEREO-A (für „Ahead“) baute seinen Vorsprung auf der Erde aus, während STEREO-B (für „Behind“) zurückblieb und beide erdähnliche Umlaufbahnen um die Sonne kartierten.
In den ersten Jahren nach dem Start erreichte die Mission mit zwei Raumsonden ihr bahnbrechendes Ziel: die Bereitstellung der ersten stereoskopischen oder mehrperspektivischen Ansicht unseres nächsten Sterns. Am 6. Februar 2011 erreichte die Mission einen weiteren Meilenstein: STEREO-A und -B erreichten eine 180-Grad-Trennung ihrer Umlaufbahnen. Zum ersten Mal sah die Menschheit unsere Sonne als vollständige Kugel.
„Davor waren wir an die Sonne-Erde-Linie ‚gebunden‘ – wir sahen immer nur eine Seite der Sonne“, sagte Lika Guhathakurta, STEREO-Programmwissenschaftlerin am NASA-Hauptquartier in Washington, D.C. „STEREO hat diese Bindung gebrochen und nachgegeben.“ uns einen Blick auf die Sonne als dreidimensionales Objekt.
Die NASA-Raumsonde STEREO-A wird am 12. August 2023 die Sonne-Erde-Linie überqueren. Die Überquerung erfolgt einen Tag vor dem Übergang der Venus zwischen Sonne und Erde, obwohl der Planet aus der Sicht der Erde 10 Grad unter der Sonne und außerhalb von STEREO erscheinen wird -As Sichtfeld. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman
Die Mission vollbrachte im Laufe der Jahre viele weitere wissenschaftliche Leistungen, und die Forscher untersuchten die Ansichten beider Raumsonden bis 2014, als die Missionskontrolle nach einem geplanten Reset den Kontakt zu STEREO-B verlor. STEREO-A setzt jedoch seine Reise fort und fängt Sonnenansichten ein, die von der Erde aus nicht möglich sind.
Am 12. August 2023 ist der Vorsprung von STEREO-A auf der Erde auf eine volle Umdrehung angewachsen, während die Raumsonde uns auf unserer Umlaufbahn um die Sonne „umrundet“. In den wenigen Wochen vor und nach dem Vorbeiflug von STEREO-A nutzen Wissenschaftler die Gelegenheit, Fragen zu stellen, die normalerweise außerhalb der Reichweite der Mission liegen.
Eine 3D-Ansicht der Sonne
Während des Vorbeiflugs an der Erde wird STEREO-A wieder das tun, was es in den Anfangsjahren mit seinem Zwilling getan hat: Ansichten kombinieren, um stereoskopisches Sehen zu erreichen.
Stereoskopisches Sehen ermöglicht es uns, 3D-Informationen aus zweidimensionalen oder flachen Bildern zu extrahieren. Auf diese Weise erzeugen zwei Augäpfel, die von versetzten Standorten aus auf die Welt blicken, eine Tiefenwahrnehmung. Ihr Gehirn vergleicht die Bilder jedes Auges und die geringfügigen Unterschiede zwischen diesen Bildern zeigen, welche Objekte näher oder weiter entfernt sind.
STEREO-A wird eine solche 3D-Ansicht ermöglichen, indem es seine Ansichten mit dem Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation und dem Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA synthetisiert. Noch besser ist, dass sich die Entfernung von STEREO-A von der Erde während des Vorbeiflugs ändert und so die Stereosicht für unterschiedlich große Sonnenstrukturen zu unterschiedlichen Zeiten optimiert wird. Es ist, als würden Wissenschaftler den Fokus eines Teleskops mit mehreren Millionen Meilen Durchmesser anpassen.
Hinter 3D-Filmen steckt stereoskopisches Sehen, da zwei leicht versetzte Bilder überlagert werden und rot-blaue 3D-Brillen dafür sorgen, dass jedes Auge nur eines der Bilder wahrnimmt. Leser mit einer solchen Brille werden diese Ansicht der Sonne wahrnehmen, die aus der Kombination von Ansichten der Sonne entstand, die am 6. Juli 2023 von STEREO-A und dem Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA aufgenommen wurden. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio der NASA/ Tom Bridgman
STEREO-Wissenschaftler nutzen die Gelegenheit, um dringend benötigte Messungen durchzuführen. Sie identifizieren aktive Regionen, die magnetisch komplexen Regionen, die Sonnenflecken zugrunde liegen, und hoffen, 3D-Informationen über ihre Struktur aufzudecken, die normalerweise in 2D-Bildern verloren gehen. Sie werden auch eine neue Theorie testen, dass Koronalschleifen – riesige Bögen, die oft in Nahaufnahmen der Sonne zu sehen sind – nicht das sind, was sie zu sein scheinen.
„Es gibt eine neuere Idee, dass Koronarschleifen nur optische Täuschungen sein könnten“, sagte Terry Kucera, STEREO-Projektwissenschaftler am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. Einige Wissenschaftler haben vermutet, dass unsere eingeschränkten Betrachtungswinkel den Eindruck erwecken, sie hätten Formen, die sie in Wirklichkeit nicht haben. „Wenn man sie aus mehreren Blickwinkeln betrachtet, sollte das deutlicher werden“, fügte Kucera hinzu.
Im Inneren einer Sonneneruption
Es ist nicht nur das, was STEREO-A beim Vorbeiflug an der Erde sehen wird, sondern auch das, was es „fühlen“ wird, was zu wichtigen Entdeckungen führen könnte.
Dieses Koronagraphenbild zeigt einen koronalen Massenauswurf, der aus der Sonne austritt und hinter dem schwarzen Kreis in der Bildmitte verborgen ist. STEREO-A hat diesen erdgesteuerten CME-Ausbruch am 17. Juli 2023 abgebildet. Der CME wurde vom COR2-Instrument auf STEREO-A mit der höchsten Kadenz (2,5 Minuten) erfasst, die jemals von einem Koronographen erreicht wurde. Bildnachweis: NASA/STEREO-A/SECCHI
Wenn eine Wolke aus Sonnenmaterial, bekannt als koronaler Massenauswurf (CME), auf der Erde ankommt, kann sie Satelliten- und Funksignale stören oder sogar Überspannungen in unseren Stromnetzen verursachen. Oder es hat möglicherweise überhaupt keine Wirkung. Es hängt alles von dem darin eingebetteten Magnetfeld ab, das sich auf den 93 Millionen Meilen zwischen Sonne und Erde dramatisch verändern kann.
Um zu verstehen, wie sich das Magnetfeld eines CMEs auf dem Weg zur Erde entwickelt, erstellen Wissenschaftler Computermodelle dieser Sonneneruptionen und aktualisieren sie mit jeder neuen Beobachtung durch ein Raumfahrzeug. Aber die Daten einer einzelnen Raumsonde können uns nur begrenzte Informationen verraten.
„Es ist wie in der Parabel vom Blinden und dem Elefanten – derjenige, der die Beine fühlt, sagt: ‚Er ist wie ein Baumstamm‘, und derjenige, der den Schwanz fühlt, sagt: ‚Er ist wie eine Schlange‘“, sagte Toni Galvin, a Professor an der University of New Hampshire und leitender Forscher für eines der Instrumente von STEREO-A. „Das ist es, woran wir bei CMEs derzeit festhalten, weil wir normalerweise nur ein oder zwei Raumschiffe direkt nebeneinander haben, die es messen.“
In den Monaten vor und nach dem Vorbeiflug von STEREO-A an der Erde werden alle auf die Erde gerichteten CMEs STEREO-A und andere erdnahe Raumfahrzeuge überfliegen und den Wissenschaftlern so dringend benötigte Mehrpunktmessungen aus dem Inneren eines CME ermöglichen.
Eine grundlegend andere Sonne
Auch STEREO-A befand sich 2006, kurz nach dem Start, in der Nähe der Erde. Das war während des „Sonnenminimums“, dem Tiefpunkt im etwa elfjährigen Zyklus hoher und niedriger Aktivität der Sonne.
Während wir uns dem für 2025 vorhergesagten Sonnenmaximum nähern, ist die Sonne nicht ganz so schläfrig. „In dieser Phase des Sonnenzyklus wird STEREO-A eine grundlegend andere Sonne erleben“, sagte Guhathakurta. „Daraus lässt sich so viel Wissen gewinnen.“