SWEETS

Ausgangssituation / Motivation

Der Begriff „Weltraumwetter" bezeichnet veränderliche Zustände des interplanetaren Raumes, hervorgerufen durch Vorgänge auf der Sonne. Hauptauslöser für Veränderungen des Weltraumwetters sind sogenannte koronale Massenauswürfe (CMEs).

Diese CMEs bestehen aus riesigen Plasmawolken samt eingeschlossenem Magnetfeld und können eine Störung von elektrischen Systemen verursachen. Handelt es sich dabei um erdgerichtete CMEs, kann eine massive Beeinträchtigung der technischen Infrastruktur sowohl auf der Erde (Quebec 1989, Malmö 2003) als auch im Weltraum (Satelliten) erfolgen.

Aus diesem Grund ist es in unserer heutigen, modernen Gesellschaft, mit der immer weiter fortschreitenden Technologisierung eminent wichtig, diese vom Weltraumwetter ausgehende Gefahr zu erkennen und sich ihr zu stellen.

Inhalte und Zielsetzungen

Ziel des Projektes SWEETS ist es, einen wertvollen Beitrag zur Erforschung des Weltraumwetters zu leisten. Innerhalb des Projektes soll ein innovatives Vorhersagemodell für die durch CMEs hervorgerufenen Störungen auf Satelliten entwickelt werden das eminente Wichtigkeit für Satellitenbetreiber (LOI) darstellt.

Basierend auf dieser Studie soll das Model im ESA space situational awareness (SSA) Programm zum Einsatz kommen. Durch die Expertise am Institut für Geodäsie, hinsichtlich der Orbitbestimmung von Satelliten, können Synergien geschaffen werden, um Sonnensturm induzierte Änderungen der Atmosphärendichte zu bestimmen.

Bis dato wurden Auswirkungen von Sonnenstürmen beinahe ausschließlich anhand von Beschleunigungssensoren an Bord einzelner Satellitenmission (CHAMP, GRACE) abgeschätzt. Zum aktuellen Zeitpunkt befindet sich jedoch nur eine einzige Satellitenmission (GRACE-FO) im Orbit, welche mit geeigneten Akzelerometern ausgestattet ist.

Aus diesem Grund sollen im Projekt SWEETS zum ersten Mal eine kombinierte Analyse basierend auf einer großen Bandbreite von Satellitenmissionen (u.a. SWARM A-C, TerraSAR-X, Tandem-X, CHAMP, GRACE, GRACE-FO, Cryosat-2, Sentinel 1-2, ...) durchgeführt werden.

Methodische Vorgehensweise

Die Grundlage dafür bilden Atmosphärendichten, abgeleitet aus kinematischen Orbits und, wenn vorhanden, in-situ Messungen von Beschleunigungssensoren an Board einiger Satelliten. Da sich diese Vielzahl von Satelliten in unterschiedlichen Flughöhen (300-800km) befinden, kann dadurch zusätzlich eine Tomographie der oberen Erdatmosphäre erfolgen und schlussendlich der Einfluss eines Sonnensturms auf die Atmosphäre in Abhängigkeit der Satellitenhöhe abgeschätzt werden.

Die Grundlage für das Vorhersagemodell bilden Echtzeitmessungen des Sonnenwindplasmas und des Magnetfelds (ACE, DSCOVR, Wind) im Lagrange Punkt L1 – in 1.5 Millionen Kilometer Entfernung von der Erde. In Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des jeweiligen CMEs ergibt sich daraus eine mittlere Vorlaufzeit von ungefähr 45 Minuten. Zur Unterstützung und zeitlichen Ausdehnung der Vorhersage - auf ungefähr 2 Stunden - werden zusätzlich Prädiktionen von geomagnetischen und solaren Indizes eingearbeitet.

Erwartete Ergebnisse

Die Analyse und Beurteilung wird mehrere hundert CMEs, beginnend mit dem Jahr 2000, umfassen und auf einem zu entwickelnden, (semi-) automatischen Algorithmus basieren. Durch die Bestimmung von lokalen Minima respektive Maxima und der Berechnung von Gradienten kann auch eine Aussage über den Aufbau jedes einzelnen CMEs (shock-sheath region, magnetic structure) erfolgen.

Zur Speicherung der gewonnenen Daten wird in weiterer Folge eine Event-Datenbank erstellt, die sowohl als Grundlage für das Vorhersagemodell dient, als auch bei Post-Prozessierungen Anwendung finden kann.

Die im Projekt gewonnen Erkenntnisse werden abschließend der Öffentlichkeit und somit auch anderen Forschungsdisziplinen in Form eines real-time Demonstrators frei zugänglich gemacht.

Projektleitung

Thechnische Universität Graz

Projektpartner:innen

Universität Graz

Thechnische Universität Graz
Rechbauerstraße 12
A-8010 Graz
Web: www.tugraz.at