„Die Pole der Sonne sind noch Terra incognita“

Am 10. Februar soll die Raumsonde Solar Orbiter ins All starten und dort unter anderem erstmals die Pole der Sonne eingehend untersuchen. Ein Team um Joachim Woch vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen entwickelte eines der Hauptinstrumente an Bord der Raumsonde. Im Interview mit Welt der Physik berichtet der Wissenschaftler, was die gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumbehörde ESA und der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA besonders macht.

Joachim Woch

Welt der Physik: Welches sind die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele der Mission?

Joachim Woch: Auch wenn Astronomen die Sonne schon seit Jahrhunderten untersuchen, sind viele Fragen noch offen. So wüssten wir gerne mehr darüber, wo und wie der Sonnenwind entsteht – wie also das Plasma der Sonnenatmosphäre auf so hohe Geschwindigkeiten beschleunigt wird, dass es sich von der Sonne lösen kann. Auch den Ursprung des Magnetfelds der Sonne und dessen Dynamik können wir bislang nur anhand von groben Modellen nachvollziehen. Um diese Wissenslücken zu schließen, benötigen wir möglichst aussagekräftige Daten aus der Nähe der Sonne.

Wie nahe kommt die neue Raumsonde an die Sonne heran?

Der Solar Orbiter wird sich der Sonne ungefähr bis auf ein Viertel des Abstands von Erde und Sonne annähern. Um mit dem begrenzten Treibstoff auszukommen, planen wir mehrere Vorbeiflüge an der Erde und der Venus. Bei jedem dieser sogenannten Swing-by-Manöver kommt die Raumsonde auf eine noch tiefere Bahn um die Sonne. Vor allem in der zweiten Hälfte der Mission – also von 2025 bis 2030 – werden wir die Venus-Vorbeiflüge nutzen, um die Planetenebene zu verlassen. Wir schwingen dann in eine Umlaufbahn um, die uns den Blick auf die Pole der Sonne freigibt.

Was macht die Polregionen der Sonne so interessant?

Noch sind die Pole der Sonne so etwas wie Terra incognita. Von der Erde aus können wir sie nicht sehen. Und auch die Raumsonden, die die Sonne bislang untersucht haben, sind – mit Ausnahme einer kleinen Sonde – ebenfalls in der Ebene geblieben, in der sich auch die Planeten bewegen. Nun ändert sich das Magnetfeld der Sonne, was sich am elfjährigen Zyklus der Sonnenfleckenaktivität ablesen lässt. Dabei wechselt auch die magnetische Polarität: Der magnetische Nordpol wird also zum Südpol der Sonne und umgekehrt. Solar Orbiter wird uns erstmals zeigen können, welche Änderungen der Sonnenzyklus an den Polen mit sich bringt.

Polarimetric and Helioseismic Imager

An Bord von Solar Orbiter befinden sich insgesamt zehn wissenschaftliche Instrumente – eines davon hat Ihr Team gebaut. Was soll es zur Mission beitragen?

Mit dem sogenannten Polarimetric and Helioseismic Imager können wir nicht nur Bilder der Photosphäre der Sonne aufnehmen, sondern auch die Magnetfelder an der Sonnenoberfläche in hoher räumlicher Auflösung verfolgen. Durch solche Messungen lässt sich beispielsweise besser verstehen, wie die verwirbelten Magnetfelder die Temperaturen der extrem heißen Sonnenkorona erzeugen und wie von dort der Sonnenwind in den interplanetaren Raum geblasen wird. Über den Dopplereffekt können wir zudem die Bewegung des Plasmas in Sichtlinienrichtung – also grob gesagt nach oben oder nach unten – bestimmen. Außerdem lässt sich daraus auch das Schwingungsverhalten der gesamten Sonne studieren, was Rückschlüsse auf den Aufbau unseres Zentralgestirns liefert. Diese Helioseismologie ist bereits eine gut etablierte Methode, um die oberen und mittleren Schichten der Sonne zu analysieren. Mit den neuen Daten von Solar Orbiter wird sich dieses Verständnis aber nochmals vertiefen.