Solar Orbiter

Solar Orbiter ist eine ESA-Mission zur Beobachtung der Sonne bei hoher räumlicher Auflösung und für In-situ-Messungen der Heliosphäre sehr nahe der Sonne. Der Orbiter nähert sich der Sonne auf einem exzentrischen Orbit bis zu 60 Sonnenradien Abstand (0,28 AE), so nah wie keine andere Weltraumission zuvor. Außerdem wird es mit Solar Orbiter erstmal möglich sein, die Pole der Sonne direkt zu beobachten.

Die Instrumentierung ist aufgeteilt in eine In-situ-Erkundung und eine "remote sensing" (Fernerkundung), wobei sich das Institut für Sonnenphysik bei letzterem engagiert. Das "remote sensing"-Paket besteht aus einem Magnetographen, der im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitet (Photospheric Helioseismic Imager - PHI) und die Photosphäre untersuchen soll, sowie jeweils einem EUV-Spektrographen und Filtergraphen zur Untersuchung der heißen Übergangsregion und Korona. Daneben ist noch ein Koronograph (im Sichtbaren und UV) vorgesehen.

Die Mission unterteilt sich im Wesentlichen in zwei Phasen. In der ersten Phase - während der ersten Orbits um die Sonne - wird die Geschwindigkeit der Sonde in Sonnennähe etwa der Hälfte der Sonnenrotation entsprechen, so dass sich die Sonde während ca. 10 Tagen vergleichsweise langsam relativ zur Sonnenoberfläche bewegen wird. So wird es in diesem Zeitraum möglich sein, die Entwicklung einer Region auf der Sonne unter nur langsam veränderlichen geometrischen Verhältnissen (Blickwinkel) zu verfolgen und gleichzeitig Teilchen, die aus dieser Region in die Heliosphäre entweichen, direkt nachzuweisen und zu untersuchen.

In der zweiten Phase der Mission wird die Umlaufbahn der Sonde die Ekliptik verlassen, und es werden zunehmend höhere heliographische Breiten erreicht, bis zu 35 Grad. Dies wird es erstmals ermöglichen, die Magnetfelder an den Polen der Sonne mit hoher Auflösung und Genauigkeit zu untersuchen. Außerdem wird es erstmals möglich sein, direkt den schnellen Sonnenwind (ein Teilchenstrom, der aus den polaren koronalen Löchern der Sonne entweicht) im EUV-Bereich zu untersuchen.

Die offizielle ESA-Projektinformation findet man unter sci.esa.int/web/solar-orbiter/.

Im Februar 2010 hatte das Programmkomittee (SPC) der ESA die Mission Solar Orbiter und zwei weitere Missionen für die Definitionsphase (Phase B) ausgewählt.  Im Oktober 2011 wurde Solar Orbiter dann endgültig ausgewählt. Der Satellit wurde am 10. Februar 2020 vom Kennedy Space Center der NASA in Cape Canaveral, Florida, USA, gestartet. An eine etwa zweijährigen cruise phase schließt sich die erste science operations phase an, die etwa drei Jahre dauern wird. Danach folgt voraussichtlich die dreijährige extended mission phase. Während dieser Zeit wird die Flugbahn des Orbiter den größten Winkel zur Ekliptik (über 30 Grad) erreichen, und somit die besten Bedingungen für die Beobachtung der Polregionen der Sonne haben.

Zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) und dem Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) hatte das KIS im Auftrag der ESA eine Machbarkeitsstudie für den Photospheric and Helioseismic Imager (PHI) (seinerzeit VIM genannt) erarbeitet, die als Grundlage für die Nutzlast-Definition durch die ESA herangezogen wurde. Das Instrument PHI wurde von ESA als eines der remote-sensing Instrumente ausgewählt. PHI wird von einem internationalen Konsortium unter der Führung des MPS gebaut.

PHI besteht aus zwei Teleskopen und einem Filter-Spektro-Polarimeter zur Messung des Magnetfelds und der Materieströmungen auf der Sonne mit hoher Genauigkeit. Das Full-Disk-Telescope beobachtet die ganze Sonnenscheibe bei geringer Winkelauflösung, während das High Resolution Telescope mit seiner Öffnung von 14 cm einen Ausschnitt der Sonnenoberfläche von 1000 x 1000 Bogensekunden untersucht, mit einer Winkelauflösung von einer Bogensekunde. Um die in den Science Requirements festgelegte polarimetrische Genauigkeit zu erzielen, wird das HRT mit einer Bildstabilisierungseinheit ausgestattet, welche die Bildbewegung bei Frequenzen unterhalb 5 Hz um mindestens den Faktor 30 reduziert und um den Faktor 10 bei Freqeunzen zwischen 5 und 10 Hz. Unter normalen Bedingungen wird die verbleibende Bildbewegung rund 0,1 Bogensekunden betragen.

Die Bildstabilisierungseinheit (Image Stabilization System - ISS) für PHI wird unter der Federführung des KIS unter Beteiligung der Universität Barcelona (E) und dem Institut für Astronomie in Granada (E) entwickelt. Neben dem instrumentellen Beitrag werden sich Wissenschaftler*innen des KIS aktiv an der wissenschaftlichen Datenauswertung beteiligen. Mehr Information zum Instrument PHI findet man unter www.mps.mpg.de/333963/PHI