Die Reise des Solar Orbiters im Jahr 2020

Von Prof. Louise Harra | Direktorin PMOD/WRC Davos Mi, 06.01.2021

Während eine Pandemie die Welt erfasste und den globalen Reiseverkehr erheblich einschränkte, flog die Raumsonde «Solar Orbiter» mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von rund 2000 km/h einmal um die Sonne. Ihre Flugbahn wurde dabei nicht beeinträchtigt.

Die Reise ins All startete im Februar, gerade als die Pandemie sich weltweit auszubreiten begann. Mit an Bord der Raumsonde befinden sich zehn Messgeräte, zwei davon mit Beteiligung des Davoser Forschungsinstituts PMOD/WRC. Sie sollen mithilfe von Teleskopen die Sonne aus nächster Nähe betrachten und zum ersten Mal hochauflösende Bilder von den Polen der Sonne liefern.

Den ersten sonnennahen Punkt (Perihel) erreichte die Raumsonde während ihrer ersten Umlaufbahn im Juni. Zu diesem Zeitpunkt befand sie sich fast auf halbem Weg zur Sonne – so nahe an der Sonne war bisher noch kein Solarteleskop.

Solar Orbiter Journey Around the Sun

Schematische Darstellung der Umlaufbahn der Raumsonde Solar Orbiter. Die Sonde nutzt die Schwerkraft, um sich der Sonne zu nähern und sich langsam aus der Ekliptik herauszubewegen und so einen möglichst nahen Blick auf die Sonnenpole zu erhalten. (Grafik ESA)

 

Einschalten der Messgeräte unter erschwerten Umständen

Doch die Pandemie ging auch an der Solar-Orbiter-Mission nicht spurlos vorbei: Wenige Wochen nach dem Start der Raumsonde, als die Messgeräte an Bord eingeschaltet werden sollten, wurde das Betriebszentrum der Europäischen Weltraumorganisation (ESOC) geschlossen – eine Situation, die vorher unvorstellbar gewesen wäre.

Das Betriebszentrum ist der Ort, der die Raumsonde und alle Messinstrumente steuert. Normalerweise führen Mitglieder jedes Instrumententeams dort die Tests und das Einschalten der Messgeräte in Echtzeit durch. Nach einer Weile ging das Zentrum wieder auf, doch war es fortan nur für eine kleine Anzahl von ESA-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeiter zugänglich.

Da diese Leute schon seit vielen Jahren zusammenarbeiten, konnten sie sich jedoch schnell und effektiv auf die neue Situation einstellen und alle zehn Instrumente erfolgreich einschalten. Dies war die erste Raumsonde, die unter solch aussergewöhnlichen Umständen ihren Betrieb aufnahm. Umso schöner war es, als im Mai die Türen der Teleskope geöffnet wurden und die ersten Bilder der Sonne eintrafen!

Ein neuer Blick auf die Sonne rückt näher

Während des ersten Perihels konnten wir das erste Mal von Nahem auf die Sonne blicken. Abbildung 2 zeigt die detaillierte Aufnahme der Sonnenatmosphäre. Diese präsentiert sich als extrem dynamisch mit vielen Aufhellungen, die in sehr kurzen Zeitabständen auftreten.

Diese kleinen Ausbrüche der Sonne können die Sonnenatmosphäre aufheizen und heisses Gas in das Sonnensystem schleudern. Wenn sich die Raumsonde 2022 in der ersten Forschungs-Umlaufbahn befindet, das heisst, alle Messgeräte dann vollumfänglich Daten liefern, wird die Sonde der Sonne nochmals um die Hälfte näherkommen. Dies dürfte noch mehr Details über die Vorgänge in der Sonnenatmosphäre enthüllen.

Abbildung 2: Die erste Nahaufnahme der Sonnenatmosphäre, als die Raumsonde fast auf halbem Weg zur Sonne war. Der weisse Pfeil hebt eine kleine Aufhellung hervor, die zuvor noch nicht gesehen wurde. Die Erde ist zur Veranschaulichung als weisser Kreis dargestellt. (Bild ESA

 

Reise zur Venus

Der Himmel in Graubünden ist in den Wintermonaten oft atemberaubend klar und erlaubt uns bisweilen einen schönen Blick auf die Venus. Solar Orbiter wird im Laufe seiner Mission viele Male an der Venus (und einmal an der Erde) vorbeifliegen.

Dabei nutzt die Raumsonde die Schwerkraft der Planeten, um ihre eigene Umlaufbahn so zu verändern, dass sie der Sonne näherkommt und diese auch aus einer immer stärkeren Neigung beobachten kann. Das erste Mal an der Venus vorbeigeflogen ist die Raumsonde am 27. Dezember 2020.

Abbildung 3: Grafische Darstellung von Solar Orbiter bei einem Vorbeiflug an der Venus. (Bild ESA)

 

English version see below.

Solar Orbiter's travels in 2020

By Professor Louise Harra, Director PMOD/WRC

Whilst a global pandemic hit the world and reduced global travel significantly, the Solar Orbiter spacecraft made one trip around the Sun, with an average speed of around 2000km/h. Its travels were not curtailed.

The spacecraft was launched successfully in February just as the pandemic was having a global impact. PMOD/WRC are involved in 2 of the 10 instruments, and the doors of the telescopes were open in May 2020. This was a wonderful moment for the teams to see the very first images of the Sun!

The spacecraft’s journey reached its first ‘closest’ point (perihelion) to the Sun during its first orbit in June. The spacecraft was nearly half-way to the Sun at this stage – the closest a solar telescope has ever been to the Sun.

Grafik Solar Orbiter orbit around the sun

Figure 1: A sketch of the orbit of Solar Orbiter spacecraft. It uses gravity assists to get close to the Sun, and slowly move out of the ecliptic to get a view of the solar poles. (Illustration ESA)

Switching on after launch

We did not imagine that just weeks after the spacecraft was successfully launched that the pandemic would force staff out of the operations centre – the place that commands the spacecraft and all the instruments. Normally members of each instrument team would have been at European Space Agency’s operations centre (ESOC) and doing the testing and switching on in real time.

Due to the pandemic restrictions ESOC was initially closed, and then when opened, it was only to a small number of ESA staff. This was the first spacecraft to be commissioned under these exceptional circumstances.

The team knows each other and have worked together for many years, so could adapt effectively and quickly to this new world.  The outstanding work from the international team led to full commissioning and operations of all ten instruments on board.

A new view of the Sun is getting closer

During the first perihelion we had our first close-up view of the Sun. Figure 2 shows the detailed view that we can now see of the Sun’s atmosphere. It is extremely dynamic with lots of brightenings occurring on very short timescales.

These small bursts could heat the Sun’s atmosphere and spew hot gas into the solar system. When we are in the first science orbit in 2022, we will be half as close again which will reveal even more details of what is going on in the Sun’s atmosphere.

Figure 2: The first close-up view of the Sun's corona when the spacecraft was nearly half-way to the Sun. The white arrow highlight a small brightening that hasn't been seen before. The Earth is shown for scale as a white circle. (Picture ESA)

 

Journey to Venus

The skies in Graubunden are often stunningly clear in winter months. We have had beautiful views of Venus in the morning. Solar Orbiter will make numerous gravity assist flybys of Venus (and one of Earth) over the course of its mission to adjust its orbit, bringing it closer to the Sun and also out of the plane of the Solar System to observe the Sun from progressively higher inclinations. The first fly-by of Venus took place on 27 December 2020.

Figure 3: Artist's impression of Solar Orbiter making a flyby at Venus. (Courtesy ESA)