Forschungssatellit SMILE steht kurz vor dem Start
SMILE (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) ist eine gemeinsame Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS). Mithilfe von Grazer Know-how werden Europa und China den Weltraum zum Lächeln bringen.
Beschützende Magnetosphäre
Wie ein riesiger Regenschirm hält die Magnetosphäre den Großteil der Teilchen, die die Sonne unablässig in Richtung Erde schickt, von dieser ab. Bei starker Sonnenaktivität spricht man von einem Sonnensturm, der das Erdmagnetfeld komprimiert und dabei die Magnetopause näher in Richtung Erde schiebt.
Die Folge ist ein sogenannter geomagnetischer Sturm, bei dem diese Teilchen in der Umgebung der Erde stark beschleunigt werden. So entstehen einerseits beeindruckende Lichtspiele, auch bekannt als Polarlichter, andererseits aber auch negative Auswirkungen für die Erde, die unsere modernen Technologien beeinflussen, unter anderem den Funkverkehr stören oder Satelliten beschädigen.
Mit SMILE (Solar Wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer) erhalten wir ein vollständiges Bild davon, wie das Magnetfeld der Erde auf Teilchenströme und Strahlungsausbrüche der Sonne reagiert.
Wir werden zum ersten Mal den unsichtbaren Schutzschild der Erde direkt in Aktion sehen.
3 Jahre - 3 Rätsel
SMILE wird in einer stark elliptischen Umlaufbahn 121.000 Kilometer über dem Nordpol die Erde umrunden. Während der geplanten Missionsdauer von drei Jahren, sollen drei große Fragen beantwortet werden:
- Was passiert, wenn der Sonnenwind auf den magnetischen Schutzschild der Erde trifft?
- Wie können wir die gefährlichsten magnetischen Stürme früher vorhersagen?
- Was verursacht magnetische Störungen auf der Nachtseite der Erde?
Vier Instrumente – ein gemeinsames Ziel
SMILE ist mit vier einzigartigen Messgeräten ausgestattet, um die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Erde zu untersuchen. Die Nutzlast von SMILE besteht aus zwei bildgebenden Instrumenten - dem Soft X-ray Imager (SXI) und einem Ultraviolet Aurora Imager (UVI).
Ein zusätzliches In-Situ-Messpaket unterstützt die Bildgebungsinstrumente bei der Erforschung der Eigenschaften des Sonnenwindes. Dieses Paket, das auf dem Wissen und der Erfahrung aus früheren europäischen Missionen wie den ESA-Cluster- und ESA/CNSA-Double Star-Satellitenflotten basiert, enthält einen Light Ion Analyser (LIA) und ein Magnetometer (MAG).
UVI ist die erste Kamera, die Nordlichter während der zweitägigen Umlaufbahn 45 Stunden lang ununterbrochen aufzeichnet. LIA misst die Geschwindigkeit und totale Dichte der Sonnenwindteilchen.
MAG misst das Magnetfeld des Sonnenwindes. SXI ist die erste Kamera, die detaillierte Röntgenbilder des Erdmagnetfelds über lange Zeiträume hinweg aufnimmt und steht unter europäischer Leitung. Die anderen drei Instrumente wurden unter der Leitung vom National Space Science Center der CAS entwickelt und gebaut.
Grazer Technologie verhilft SMILE zu seinem Röntgenblick
Mit der Röntgenkamera SXI wird SMILE die Sonnenwindteilchen bei der Interaktion mit dem Erdmagnetfeld sichtbar machen. Diese Bilder werden Aufschluss darüber geben, wie sich das schützende Magnetfeld der Erde verhält, um uns gegen Sonnenwind und Sonnenstürme abzuschirmen. SXI wurde von der Universität Leicester, UK, im Auftrag der ESA entwickelt und gebaut. Das IWF Graz koordinierte die Entwicklung und das Design der Digital Processing Unit (DPU), in der die Daten verarbeitet werden, und lieferte die dazugehörige Hardware in Form einer Elektronikbox.
Die Röntgenstrahlung, die von SXI gemessen wird, entsteht, wenn ein schweres Ion im Sonnenwind (z.B. C6+, O7+, O8+, Fe12+) mit einem neutralen Teilchen in der Erdatmosphäre (z.B. H oder H2O) zusammenstößt. Dabei entzieht das schwere Ion dem neutralen Teilchen ein Elektron. Dieses befindet sich dann in einem angeregten Zustand. Sobald es in einen unangeregten Zustand zurückfällt, wird ein Photon ausgesendet, dessen Frequenz in diesem Fallt im Röntgenbereich liegt.
Neben SXI ist das IWF Graz wissenschaftlich auch an MAG beteiligt. Mit seiner langjährigen Expertise bei der Entwicklung von Magnetometern für frühere Weltraummissionen unterstützte das IWF seine chinesischen Partner bei der Kalibrierung von MAG, um präzise Magnetfeldmessung zu gewährleisten.
Grazer Know-how für Interpretation der SMILE-Daten
Das IWF entwickelte Analysemethoden zur Interpretation der Röntgendaten. Damit kann die Dynamik des Erdmagnetfeldes im Wechselspiel mit dem Sonnenwind zuverlässig bestimmt werden.
MAG misst die Magnetfelder sowohl der Sonne als auch der Erde und gibt so indirekt Aufschluss über die Wechselwirkung zwischen unserem Zentralgestirn und Heimatplaneten. Damit werden die aufgenommenen Röntgenbilder in Kontext zu den gemessenen Sonnenwinddaten gesetzt.
Somit bekommen wir Einblick, wie sich das schützende Erdmagnetfeld abhängig von der Sonnenaktivität ändert,
Why space research matters - SMILE
SMILE baut auf dem wissenschaftlichen und technologischen Vermächtnis früherer Weltraummissionen auf. Es wird Daten sammeln, die vergangene (z.B. Cluster, Double Star) und aktuelle Missionen (zB MMS, THEMIS, Solar Orbiter) ergänzen und den Weg für die zukünftige Weltraumwetterforschung (zB Vigil) ebnen.
Die dynamischen Prozesse in der Erdmagnetosphäre, ausgelöst durch die Wechselwirkung zwischen Sonne und Erde, bilden eine Datenquelle für die Grundlagenforschung, die für eine genauere Vorhersage des Weltraumwetters dienen kann.
Dieses Wissen über die Prozesse im erdnahen Weltraum kann auch auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems angewandt werden,
We’re about to see Earth’s magnetic shield like never before
Das Video wird über Youtube bereitgestellt, dabei wird eine Verbindung zu den Servern von Youtube hergestellt (sh. Datenschutzerklärung).
Nähere Informationen finden Sie im deutschsprachigen SMILE-Starterpaket und bei der ESA.
Der Start von SMILE wird live von der NASA übertragen.
Rückfragen
Doz. Rumi Nakamura
Tel.: +43 (316) 4120-573
Mobil: +43 (664) 4032672
E-Mail: rumi.nakamura@oeaw.ac.at