Näher an der Sonne als je zuvor: Die Mission der Parker Solar Probe
Das Ziel der Parker Solar Probe ist es, die Geheimnisse der Korona der Sonne, ihrer äußeren Atmosphäre, zu erforschen. Dazu startete sie am 12. August 2018 zu einer Mission, die sich so nah an die Sonne heranwagt, wie keine zuvor.
Parker-Sonde so nah an der Sonne wie nie zuvor
Insgesamt 24 nahe Vorbeiflüge an der Sonne soll die Sonde durchführen, um die Sonnenkorona und ihre Dynamik über einen längeren Zeitraum hinweg zu erfassen. Am 6. November 2024 flog die Parker Solar Probe mit einer Entfernung von 376 Kilometern an der Venusoberfläche vorbei.
So sollte die Sonde einen Teil des Schwungs der Venus aufnehmen, um die Umlaufbahn der Sonde zu ändern und sich der Sonne noch näher bringen zu können. Die Parker-Sonnensonde hat schon zuvor mehrere nahe Vorbeiflüge an der Sonne unternommen.
Der jüngste Vorbeiflug war indes der mit dem geringsten Abstand zur Sonne – ein Meilenstein der Mission. Bis auf etwa 6 Millionen Kilometer näherte sich Parker der Sonnenoberfläche. Das ist weniger als das Neunfache des Sonnenradius oder 15-mal die Entfernung zwischen Erde und Mond. Die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und der Sonne beträgt etwa 150 Millionen Kilometer.
Am Punkt des geringsten Abstands, dem sogenannten Perihel, war Parker mit einer Geschwindigkeit von fast 700.000 Kilometern pro Stunde unterwegs. Damit ist sie die schnellste Sonde, die je gebaut wurde.
Ziel der Parker-Sonnensondierung ist es, die Geheimnisse der Korona der Sonne, ihrer äußeren Atmosphäre, zu erforschen. Vor allem will die US-Raumfahrtbehörde Nasa Erkenntnisse gewinnen, die es erlauben, zu verstehen, wie sich das Sonnenmaterial und die Energie von der Oberfläche der Sonne in den Weltraum hinausbewegen.
Atmosphäre der Sonne viel heißer als ihre Oberfläche
Schon seit Jahrzehnten bekannt ist, dass die sichtbare Oberfläche der Sonne, die Photosphäre, eine Temperatur von etwa 5.500 Grad Celsius hat. Die Korona, also die äußere Atmosphäre der Sonne, ist viel heißer als die Photosphäre und erreicht Temperaturen von 1 bis 3 Millionen Grad Celsius. In manchen aktiven Regionen können die Temperaturen sogar bis zu 10 Millionen Grad Celsius ansteigen.
Diese große Temperaturdifferenz zwischen der kühleren Photosphäre und der extrem heißen Korona ist eines der größten Rätsel der Sonnenforschung und ein Hauptziel der Parker Solar Probe. Sie soll versuchen, den Mechanismus hinter dieser Aufheizung zu entschlüsseln.
Klar ist bislang, dass die Korona nicht durch normale Wärmeübertragungsprozesse aufgeheizt werden kann. Denn die kühlere Oberfläche kann keine Wärme an die wärmere Korona abgeben.
Die führende Theorie, warum die Korona der Sonne heißer ist als die Photosphäre, ist die sogenannte magnetische Aufheizung. Diese Theorie geht davon aus, dass das starke Magnetfeld der Sonne eine wesentliche Rolle bei der Erhitzung der Korona spielt – und Helium.
Die Rolle von Helium bei der Aufheizung der Korona
Helium macht etwa 25 Prozent der Masse der Sonne aus. Dabei sind die Temperaturen in der Photosphäre so niedrig, dass Helium, das normalerweise zwei Elektronen trägt, eines davon verliert. Das wird als teilweise ionisierter Zustand bezeichnet. Nun kann das Helium sehr viel Strahlung abgeben, was zum allgemeinen Leuchten der Sonne beiträgt.
Wenn die Hitze dann steigt, verliert das Helium sein zweites Elektron und wird vollständig ionisiert. Nun wird es sehr viel schwieriger, Strahlung abzugeben. Umgekehrt kann jetzt die Wärme sehr viel besser eingefangen werden.
Sonnenphysiker nennen diesen Übergang „Verdampfung“ – in Analogie zum Kochen von Wassern. Im Ergebnis wird jetzt eine Energie von nur mehr einem Kilowatt pro Quadratmeter benötigt, um die Korona massiv zu erhitzen.
Um dem Phänomen auf den Grund zu gehen, ist die Parker-Sonnensonde mit vier Instrumentenpaketen ausgestattet. Diese Instrumente arbeiten gemeinsam daran, die Korona selbst, den Sonnenwind, also den Strom geladener Teilchen, der von der Korona ausgeht, und die Photosphäre zu untersuchen, um ein vollständiges Bild zu erhalten.
Switchbacks schlenkern die Korona heiß
Auf diese Weise entdeckte Parker bereits, dass Wellen von Magnetfeldenergie, sogenannte Switchbacks, eine entscheidende Rolle bei der Aufheizung der Korona spielen müssen. Switchbacks sind wie schnelle „Schlenker“ oder „Rücksprünge“ des Magnetfelds im Sonnenwind.
Normalerweise fließt das Magnetfeld der Sonne stetig nach außen in den Weltraum. Bei einem Switchback „biegt“ sich dieses Magnetfeld plötzlich zurück, so als ob es eine Art „Schleife“ macht und kurzzeitig in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Danach normalisiert es sich wieder und fließt wieder nach außen. Dabei löst sich der Switchback auf und gibt seine Energie ab.
Astronom:innen zufolge handelt es sich dabei um eine der wichtigsten – wenn nicht sogar die wichtigste – Methode, wie die Sonne ihre Korona aufheizt. Die Forschungsergebnisse der Parker-Sonde sind besonders wichtig, weil Magnetfelder auch die Entwicklung des Weltraumwetters steuern.
Wenn sich etwa Plasmastürme von der Sonne lösen und durch das Sonnensystem fliegen, kann das einen enormen Einfluss auf Satelliten, die bemannte Raumfahrt und sogar auf die Stromnetze der Erde haben. Mit mehr Wissen über das Entstehen dieser Stürme könnten sie zuverlässiger vorhergesagt werden.
