Die Kühlung als größte Herausforderung: Damit die Sonde „Parker Solar Probe“ in der Nähe der Sonne nicht schmilzt, wurde sie mit raffinierter Technik und autonomen Steuerungsmechanismen ausgestattet.
Damit die Sonde „Parker Solar Probe“ in der Nähe der Sonne nicht schmilzt, wurde sie mit raffinierter Technik und autonomen Steuerungsmechanismen ausgestattet. Grafik: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben | Foto: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben (Grafik)

Nasa-Sonde auf heißer Mission

Einmal die Sonne berühren

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Die Sonne ist ein ziemlich mysteriöser Stern. Man stelle sich ein Lagerfeuer vor, das immer mehr Hitze abstrahlt, je weiter man sich davon entfernt. So ist es auch mit dem riesigen Plasmaball, der unseren Planeten am Leben erhält. Während seine „Oberfläche“, genannt Photosphäre, mit rund 5.500 Grad noch relativ „kühl“ ist, glüht nur wenige tausend Kilometer entfernt die äußere Atmosphärenschicht mit einer unvorstellbaren Temperatur von mehr als einer Million Grad.

Man nennt sie die solare „Korona“. Die etwa 30 Millionen Kilometer in den Raum hinausreichende Region gibt den Astrophysikern seit Jahrzehnten große Rätsel auf. Nicht nur wegen des scheinbar unlogischen 300-fachen Temperaturunterschieds der „Sonnenheizung“. Unklar ist heute auch, warum der sogenannte Sonnenwind – so nennen die Forscher den Strom von geladenen Teilchen, die unser Stern permanent in alle Richtungen schleudert – in der Korona plötzlich auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Um all dies herauszufinden, startet die US-Raumfahrtbehörde Nasa voraussichtlich an diesem Samstag eine extrem robuste Sonde ins All, die der Sonne so nahe kommen soll wie kein von Menschen gebauter Apparat je zuvor.

Annäherung auf sechs Millionen Kilometer

Die Nasa hat errechnet, dass die „Parker Solar Probe“ (PSP) kurz vor Weihnachten 2024 in nur 6,16 Millionen Entfernung von der Sonne direkt durch die Korona fliegen wird. Das entspricht gerade einmal fünf Prozent der mittleren solaren Distanz von der Erde. Den vorherigen Rekord hatte 1976 die Sonde „Helios 2“ aufgestellt, sie kam bis auf 43 Millionen Kilometer an den Stern heran.

Es sind sehr aufregende Zeiten für Eugene Parker aus Chicago. Der amerikanische Astrophysiker, der 1958 als Erster eine theoretische Erklärung dafür geliefert hat, wie in der weißglühenden Korona der schnelle Sonnenwind entsteht, sagt bahnbrechende Erkenntnisse über die Sonne voraus. „Die Sonde fliegt in eine Region des Weltalls, die noch nie erforscht wurde. Ich bin mir sicher, dass es einige Überraschungen geben wird“, freute sich der emeritierte Professor der Universität Chicago bei der Vorstellung des Vorhabens im vergangenen Jahr.

Es ist das erste Mal, dass die Nasa eine Weltraumsonde nach einer heute lebenden Person benannt hat. Parker, der sich nach eigenen Worten „sehr geehrt“ fühlt, dürfte nun zwei große Hoffnungen haben: Erstens den Höhepunkt der spektakulären Mission überhaupt zu erleben – der Wissenschaftler wird dann immerhin 97 Jahre alt sein. Zweitens dass der angeblich 1,5 Milliarden Dollar teure, fliegende Hightech-Roboter in den entscheidenden Augenblicken des für sieben Jahre angelegten Projekts nicht einfach in der extremen Glut zusammenschmilzt.

Dass dies möglich sein soll, hat etwas mit Physik und dem enormen technischen Fortschritt der vergangenen Jahre zu tun. Zwar soll PSP die unbeschreiblich heiße Sonne „berühren“, allerdings wird sie „nur“ einer Temperatur von knapp 1 400 Grad ausgesetzt sein. Die Nasa erklärt dies mit der relativ geringen Dichte der schnell fliegenden Teilchen in der Korona, die die Sonde bei ihren Kollisionen nicht übermäßig aufheizen würden.

Ausgeklügelte Computersteuerung

Nun wären aber auch 1.400 Grad, verbunden mit einer 500-fach intensiveren Strahlung als auf der Erde, gefährlich genug für die sensible Technik. Man denke nur an eine Messstation inmitten der brodelnden Lava bei einem Vulkanausbruch. Die Sonde wird deshalb geschützt durch einen 11,5 Zentimeter dicken Hitzeschild mit einer dünnen Keramikschicht.

Da dieser Schild vor allem aus Karbonschaum besteht, ist er mit 73 Kilogramm auch extrem leicht. Eine ausgeklügelte Computersteuerung soll dafür sorgen, dass die PSP ihren Kurs ändert und sich mit dem Schild zur Sonne dreht, wenn ihre Sensoren zu viel Licht messen. Die Solarpaneele werden mit einem Wasserkreislauf gekühlt. Im Ergebnis erwarten die Nasa-Ingenieure, dass die drei Geräte zur Erforschung der Magnetfelder, des Plasma und des Sonnenwindes ebenso wie die Kamera für Aufnahmen von Sonnenausbrüchen bei einer komfortablen Temperatur von nur 30 Grad arbeiten werden.

55 Mal mehr Energie als für den Mars-Flug

Damit sie zur Sonne gelangen kann, braucht die etwa 600 Kilogramm schwere Sonde von der Größe eines Kleinwagens 55 Mal mehr Energie als für einen Mars-Flug. Sie wird deshalb auf ihren langen Reise siebenmal um die Venus schwingen müssen, um immer engere elliptische Bahnen um die Sonne ziehen zu können. Insgesamt 24-mal soll sie mit dem Stern auf Tuchfühlung gehen. Während ihrer größten Annäherung wird PSP Ende 2024 an der Sonne mit etwa 700 000 Stundenkilometern vorbeirasen. Bei diesem Tempo käme ein Reisender in nicht einmal einer Minute von New York nach Tokio, rechnet die US-Raumfahrtbehörde vor.

Die wissenschaftlichen Erwartungen an die heißeste Weltraum-Mission aller Zeiten sind hoch. „Es ist ein alter Traum der Solarphysik, nahe an die Sonne zu kommen, etwa um zu verstehen, warum bei den großen Eruptionen ein Teil der Korona herausgeschleudert wird. Und was die Amerikaner jetzt vorhaben, ist ziemlich revolutionär“, sagt Sami Solanki, Direktor der Abteilung Sonne und Heliosphäre am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen.

Die Launen der Sonne

Im Gespräch mit den BNN nennt Solanki die lebenswichtige Energiequelle der Menschheit einen „relativ braven“ Stern, aber eben nicht völlig harmlos: „Die Sonne hat ihre Launen, und die müssen wir gut verstehen“. Denn die in einem Magnetfeld gefangenen, geladenen Teilchen hätten große Auswirkungen auf der Erde. „Ein wunderschöner Effekt sind die Polarlichter, gefährlich sind dagegen die Ausfälle von Satelliten, die massiven Stromausfälle von belasteten Netzen und die Gefährdung von Passagieren auf den Interkontinentalflügen, die über den Pol gehen“, zählt Solanki auf.

Könnte man die Sonnenstürme vorhersagen, würden die Airlines die Routen ändern, um die Strahlendosis für Besatzungen und Passagiere gering zu halten, sagt der Astrophysiker. Solanki arbeitet nach eigenen Worten bei dem „Solar Orbiter“-Projekt der europäischen Raumfahrtagentur ESA mit, der drei Monate nach der PSP starten soll. Der „Orbiter“ wird mit seinen Teleskopen aus dem Merkur-Orbit die Sonne erforschen und erstmals die Pole des Sterns beobachten können. „Das Zusammenspiel beider Missionen könnte uns einen großen Schritt voranbringen“, freut sich Solanki.