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Leben mit einem Stern

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Was, wenn Sie eines Morgens wach würden und sähen, dass Ihr gesamter Planet von der Atmosphäre eines Sterns verschlungen worden wäre?

Stehen Sie auf und schauen aus dem Fenster. Auroras tanzen am Horizont entlang. Dunkle Sonnenflecken knistern über Ihrem Kopf -- jedes kleine 'pop' mit mehr Energie als die Explosion einer Atombombe. Im Fernsehen warnt die Wettervorhersage Astronauten davor, "dass ganz sicher bald ein solarer Flare ausbrechen wird", auch wenn man nicht genau sagen kann, wann. Einige Momente später fängt das Satellitensignal an zu flackern.

Wo befindet sich dieser Ort?

Willkommen auf dem Planeten Erde.

"Es ist wahr. Wir leben innerhalb der Atmosphäre der Sonne", sagt Lika Guhathakurta, Projektleiterin an NASAs Living with a Star (LWS) Programm.

Auf den ersten Blick sieht die Sonne so eigenständig aus. Ein runder Ball am Mittagshimmel. Aber die Kanten, die wir sehen, sind nur der Anfang. Die Sonne besitzt eine heiße, tobende Atmosphäre, genannt "die Korona", welche von der Oberfläche der Sonne bis zur Erde, hin zu Pluto und darüber hinaus reicht. Man kann die Korona nur während einer  totalen Sonnenfinsternis sehen, aber sie ist da. 

Wie jede gute Atmosphäre hat auch die Korona ein Wetter und sogar reichlich davon. Es gibt koronale Massenauswürfe, bei denen Milliarden Tonnen Material herausgeschleudert werden; energiereiche Strahlenstürme; und einen ständig blasenden Sonnenwind, der mehr als eine Million Kilometer pro Stunde schnell werden kann. Jeder Komet, Asteroid und Planet in unserem Sonnensystem, ist diesen Elementen ausgesetzt. 

Unser Planet ist besser geschützt als die meisten anderen. Wir haben eine dicke Atmosphäre und ein globales Magnetfeld, welches das Weltraumwetter in Schach hält. Wenn wir auf der Erde blieben, würde uns das Wetter der Sonne kaum beeinflussen und nicht mehr als gelegentliche Stromausfälle und Unterbrechungen von Funkverbindungen hervorrufen. 

Und hier liegt das Problem: 

"Wir bleiben nicht auf der Erde", sagt Guhathakurta. "Die Zivilisation breitet sich in den Weltraum aus."

Mehr als 500 aktive Satelliten umkreisen die Erde. Wir benötigen sie für Fernsehen, Telefon, Internet, GPS Navigation und die Wettervorhersage; und alle sind den Gefahren des Weltraumwetters ausgesetzt. Menschen umkreisen ebenfalls, an Bord der Internationalen Raumstation, die Erde. Die ISS befindet sich innerhalb des Magnetfelds der Erde, ist also bis zu einem gewissen Grad geschützt. Zukünftige Astronauten auf dem Weg zum Mond und Mars werden sich jedoch außerhalb der magnetischen Blase befinden. Ihre Raumschiffe werden direkten Kontakt mit der Atmosphäre der Sonne haben.

NASAs Living With a Star Programm wurde 2001 aufgelegt, um mit dieser Realität umgehen zu lernen. "Wenn wir innerhalb der Atmosphäre der Sonne leben wollen, müssen wir mehr über sie lernen -- besonders wie man Stürme vorhersagt", sagt  Guhathakurta.

Die Grundstrategie ist die gleiche wie die der Wetteruntersuchungen auf der Erde: "Wir werden eine Flotte von 'Wetterstationen' starten -- Raumschiffe, welche die unterschiedlichen Aspekte der Sonnenatmosphäre beobachten." LWS besteht aus fünf Missionen1, die sich in unterschiedlichen Entwicklungsstadien befinden. Zusammen werden sie die Sonne umkreisen und untersuchen, wie es vorher noch kein Raumschiff getan hat.

#1: The Solar Dynamics Observatory (SDO). "Machen Sie sich bereit für Fotos, die Ihnen den Atem rauben werden", sagt Guhathakurta. Eine Kamera an Bord des Observatoriums wird Bilder von Sonnenflecken und Flares in HDTV Qualität machen, und so den Ausbruch von Stürmen, in bisher unerreichter Qualität zeigen.

Bilder alleine zeigen jedoch nicht das Gesamtbild. Der Sonnenphysiker Alex Pevtsov von der NASA erklärt: "Die Sonnenaktivität ist ein bisschen wie ein Puppenspiel. Wenn man die Bewegungen der Puppen verstehen will, muss man die Fäden sehen. Auf der Sonne sind die 'unsichtbaren Fäden' die Magnetfelder; sie durchdringen die Atmosphäre der Sonne und geben so die Richtung für den Fluss der Hitze vor und beeinflussen die riesigen Explosionen. SDO wird in der Lage sein, detaillierte Karten des Magnetismus auf der Sonne anzufertigen, und so die Fäden für alle sichtbar machen."

Aber wer (oder was) zieht an den Fäden? "Das wäre der magnetische Dynamo der Sonne", sagt Pevtsov. "Er liegt versteckt zwischen der Oberfläche der Sonne." Glücklicherweise kann SDO auch dort nachschauen. Die Technik wird helioseismisches Imaging genannt. Indem es die vibrierende Oberfläche der Sonne beobachtet, kann SDO das Innenleben der Sonne ähnlich beobachten, wie Geologen mit Hilfe von seismischen Wellen von Erdbeben, Schlüsse auf das Innere der Erde ziehen können. Auf diese Art hoffen die Wissenschaftler die Ebbe und Flut des inneren magnetischen Dynamos der Sonne aufzeichnen zu können, welcher die Quelle der Sonnenaktivität ist.

Status: SDO ist fertig gebaut und fast startklar. "Derzeit befindet sich SDO in einer thermischen Vakuumkammer und wird für die ungemütliche Reise in das All getestet." 

#2: Solar Probe Plus "Dies könnte die aufregendste Mission von allen sein." Es ist ein hitze-resistentes Raumschiff, entworfen um tief in die Atmosphäre der Sonne einzutauchen, wo es den Sonnenwind und das Magnetfeld vor Ort untersuchen kann. "Kein Raumschiff war jemals so nah an der Sonne, wie Solar Probe Plus dies sein wird, wenn es sich nur 7 Millionen Kilometer von der Sonnenoberfläche entfernt befinden wird. Das ist unerforschtes Gebiet, und wir erwarten, dass wir dort eine Menge über die Sonnenatmosphäre lernen werden." 

Status: Solar Probe Plus befindet sich noch in einer frühen Phase der Entwicklung, genannt "pre-phase A." Der Start wird wohl nicht vor 2015 stattfinden.

#3 Solar Sentinels. "Wir werden die Sonne umkreisen", sagt Guhathakurta. Drei Sonden von der NASA, die mit vielen Instrumenten ausgestattet sein werden, und eine Vierte (der Solar Orbiter) von der Europäischen Weltraumagentur, werden sich entlang des Äquators der Sonne in Stellung bringen, und den ersten globalen Blick auf die Sonnenaktivitäten erlauben. "Stellen Sie sich vor, Sie wollten das Klima der Erde verstehen, und beobachteten nur eine Seite des Planeten. Unmöglich! Derzeit machen wir dies jedoch im Fall der Sonne genau so." Die einseitige Sicht von der Erde aus, schränkt Untersuchungen des Klimas und Wetters stark ein -- ein Problem, dass mit den Sonnen-Wächtern der Vergangenheit angehören wird. 

Status: "Wir haben gerade die Reports der wissenschaftlichen und technologischen Definitionen fertiggestellt, welche die gesamte Strategie für die Solar Sentinels beschreiben." Man geht davon aus, dass ein Start nicht vor dem Jahr 2015 stattfinden wird.

#4 The Radiation Belt Storm Probes. "Es gibt keinen Grund die Sonne zu untersuchen, wenn man nicht versteht, welche Auswirkungen es auf die Erde hat", erklärt Guhathakurta. Diese Mission stellt die wichtige Verbindung zwischen Erde und Sonne her. Büschel der Sonnenatmosphäre können vom Magnetfeld der Erde eingefangen werden, in Strahlungsgürtel, wo dann energiereiche Teilchen liegen und auf Astronauten und Satelliten warten, die versuchen die Erde zu verlassen, oder einfach nur um sie kreisen. Die Radiation Belt Storm Probes (zwei von ihnen) werden diese Gebiete erforschen und herausfinden, wie sie vom Weltraumwetter bestückt und mit Energie versorgt werden.

Status: Die beiden Sonden werden derzeit am Johns Hopkins Applied Physics Lab konstruiert und sollen nicht vor 2011 starten.

#5 The Ionosphere-Thermosphere Storm Probes. Zwei weitere Sonden werden die Erde umkreisen und die oberen Ausläufer der Erdatmosphäre untersuchen, wo die Luft den "ersten Kontakt" mit der UV Strahlung der Sonne hat. Dies ist ein Bereich mit elektrisch geladenen Teilchen, die starken Einfluss auf die Übertragung von Radiowellen hat, und so fast alle Formen von Telekommunikation und GPS Navigation beeinflusst. Es ist auch das Gebiet, in der die Atmosphäre ein- und ausatmet, und so auf Veränderungen in der Erhitzung durch UV Strahlen reagiert. Ein Ausatmen kann Satelliten herunterziehen, während ein Einatmen den Zug verringern kann. Die Ionosphere-Thermosphere Storm Probes werden die Reaktionen dieser Schicht auf alle Arten von Sonnenstürmen beobachten.

Status: "Dies ist eine wichtige Mission, welche allerdings noch nicht freigegeben wurde", sagt Guhathakurta. "Derzeit haben wir alle Hände voll mit den anderen Missionen zu tun." 

Es ist in der Tat eine Menge zu tun, wenn man mit einem Stern zusammenlebt.

Quelle: Science(at)NASA

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