In den Tiefen des Weltraums, dort, wo der unaufhörliche Strom von Teilchen von der Sonne auf den magnetischen Schild unseres Planeten trifft, wird eine neue Ära der wissenschaftlichen Forschung geboren. Im Zentrum dieser Revolution steht die Mission Smile (Solar wind Magnetosphere Ionosphere Link Explorer), ein ehrgeiziges Gemeinschaftsprojekt der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS). Das Ziel dieser Mission ist einzigartig: zum ersten Mal die globale Interaktion zwischen dem Sonnenwind und der Magnetosphäre der Erde in Echtzeit aufzuzeichnen und so bisher unsichtbare Prozesse sichtbar zu machen. Der Start ist für das Jahr 2026 geplant, und Smile verspricht, die Geheimnisse des Weltraumwetters zu lüften, das unsere technologische Welt direkt beeinflusst.

Diese Mission stellt einen Wendepunkt in der Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Weltraumforschung dar, indem sie das Fachwissen und die Ressourcen Europas und Chinas in einem Unterfangen vereint, das unser Verständnis der dynamischen Prozesse, die die Weltraumumgebung um die Erde formen, neu definieren wird. Smile wird uns die ersten Filme und Bilder der Interaktion zwischen dem Sonnenwind und dem Erdmagnetfeld liefern und es Wissenschaftlern ermöglichen, die gesamte Kette von Ereignissen zu verfolgen, von der Ankunft des Sonnenwinds bis zu seinem Einfluss auf unseren Planeten.

Wissenschaftliche Ziele der Mission: Das Verstehen des kosmischen Kampfes

Die Erde wird ununterbrochen vom Sonnenwind bombardiert, einem Strom geladener Teilchen, die von der Sonne mit einer Geschwindigkeit von Hunderten von Kilometern pro Sekunde ausgestoßen werden. Glücklicherweise verfügt unser Planet über eine mächtige Verteidigung: die Magnetosphäre, eine unsichtbare magnetische Blase, die die meisten dieser Teilchen abwehrt. Diese Interaktion ist jedoch nicht einfach; sie ist dynamisch und manchmal dramatisch, und ihre Folgen spüren wir als Weltraumwetter. Das wissenschaftliche Hauptziel der Smile-Mission ist es, genau diese grundlegende Verbindung zu erforschen. Die Mission wird sich darauf konzentrieren zu untersuchen, wie Energie und Teilchen des Sonnenwinds in die Erdmagnetosphäre übertragen werden. Ein besonderer Schwerpunkt wird auf einem Prozess liegen, der als magnetische Rekonnexion bekannt ist, ein Schlüsselmechanismus, der es dem Sonnenwind ermöglicht, unseren Magnetschild auf der Tagseite der Erde zu „durchbrechen“. Smile wird gleichzeitig die globalen Auswirkungen dieser Interaktion beobachten, wie geomagnetische Stürme und Teilstürme, die Satelliten beschädigen, Kommunikations- und Navigationssysteme stören und sogar Stromausfälle auf der Erde verursachen können. Indem der gesamte Prozess beobachtet wird, vom anfänglichen Zusammenstoß bis zu den endgültigen Konsequenzen in Form von Polarlichtern (Aurora), wird Smile ein vollständiges Bild liefern, das bisher gefehlt hat.

Innovative Instrumente für einen neuen Blick ins All

Um ihre ehrgeizigen Ziele zu erreichen, ist die etwa 2,3 Tonnen schwere Raumsonde Smile mit vier hochmodernen wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, die koordiniert arbeiten werden. Zwei davon sind bildgebende Instrumente, die eine globale Ansicht liefern, während die anderen beiden Messungen am Standort der Raumsonde (in-situ) durchführen.

• Soft X-ray Imager (SXI): Dies ist der „Star“ der Mission. SXI ist ein Weitwinkelteleskop, das eine innovative „Hummeraugen“-Optik verwendet, um weiche Röntgenstrahlen zu detektieren. Diese Strahlen entstehen, wenn hochgeladene Ionen aus dem Sonnenwind mit neutralen Atomen in den äußersten Teilen der Erdatmosphäre, der Exosphäre, kollidieren. Zum ersten Mal wird SXI in der Lage sein, die Grenzen der Erdmagnetosphäre – die Bugstoßwelle (bow shock) und die Magnetopause – abzubilden, was es Wissenschaftlern ermöglicht, zu sehen, wie sich diese Grenzen unter dem Einfluss des Sonnenwinds verschieben und verändern.


• Ultraviolet Imager (UVI): Dieses Instrument wird die bisher längste kontinuierliche Beobachtung der nördlichen Aurora liefern. UVI wird die ultraviolette Strahlung aufzeichnen, die von Teilchen emittiert wird, wenn sie in die obere Erdatmosphäre eintreten. Da SXI und UVI gleichzeitig beobachten werden, können Wissenschaftler Ereignisse am Rand der Magnetosphäre direkt mit der Intensität und dem Ort der Polarlichter in Verbindung bringen und so eine entscheidende Verbindung zum Verständnis der Ursache-Wirkungs-Kette des Weltraumwetters herstellen.


• Light Ion Analyzer (LIA): Dieses Instrument wird die Eigenschaften von Teilchen des Sonnenwinds und jenen innerhalb der Magnetosphäre direkt messen. Es besteht aus zwei Sensoren, die auf gegenüberliegenden Seiten der Raumsonde angebracht sind, um Dichte, Geschwindigkeit und Temperatur von Ionen (hauptsächlich Protonen und Alpha-Teilchen) zu messen, die am Satelliten vorbeifliegen. Diese Daten liefern einen entscheidenden Kontext für die von SXI und UVI aufgenommenen Bilder.


• Magnetometer (MAG): An einem 3 Meter langen Ausleger platziert, um magnetische Störungen von der Raumsonde selbst zu vermeiden, wird das Magnetometer die Stärke und Richtung des Magnetfeldes des Sonnenwinds und der Erdmagnetosphäre präzise messen. Diese Daten sind unerlässlich, um zu verstehen, wie sich Magnetfelder verflechten und neu verbinden, was energetische Prozesse im Weltraum antreibt.

Eine Partnerschaft, die Grenzen verschiebt

Smile ist nicht nur eine technologisch fortschrittliche Mission, sondern auch ein bedeutendes geopolitisches und wissenschaftliches Unterfangen. Es ist die erste Mission, bei der die Europäische Weltraumorganisation und die Chinesische Akademie der Wissenschaften von Anfang an zusammengearbeitet haben – von einem gemeinsamen Aufruf zur Einreichung von Vorschlägen im Jahr 2015 über die gemeinsame Auswahl, das Design, die Entwicklung bis hin zum zukünftigen Start und Betrieb. Diese enge Zusammenarbeit zeigt, wie wissenschaftliche Ziele erreicht werden können, wenn Ressourcen und Wissen über Kontinente hinweg gebündelt werden. In dieser Arbeitsteilung ist die ESA für das Nutzlastmodul (Payload Module), in dem die Instrumente untergebracht sind, den Start selbst, eines der wissenschaftlichen Instrumente (SXI) und einen Teil des wissenschaftlichen Betriebs verantwortlich. Auf der anderen Seite stellt die CAS die Plattform der Raumsonde, drei wissenschaftliche Instrumente (UVI, LIA, MAG) sowie den gesamten Missions- und Wissenschaftsbetrieb nach dem Start sicher. Diese Synergie hat die Schaffung einer Mission ermöglicht, die für jede der Agenturen allein deutlich schwieriger zu realisieren gewesen wäre.

Letzte Vorbereitungen vor dem Start

Um sicherzustellen, dass die Raumsonde für die rauen Bedingungen des Weltraums bereit ist, hat Smile kürzlich eine intensive viermonatige Testphase im technischen Herzen der ESA, dem ESTEC-Zentrum in den Niederlanden, durchlaufen. Ingenieure aus Europa und China, einschließlich Experten von Unternehmen wie Airbus und European Test Services, arbeiteten zusammen, um Smile einer Reihe von strengen Überprüfungen zu unterziehen. Die Tests simulierten alle Herausforderungen, denen die Raumsonde ausgesetzt sein wird: von den starken Vibrationen und dem Lärm während des Raketenstarts über das extreme Vakuum des Weltraums bis hin zu den Temperaturschocks, die durch den Wechsel von direktem Sonnenlicht und Dunkelheit verursacht werden. Wichtige Teammitglieder wie David Agnolon, Projektleiter von Smile bei der ESA, und Li Jing, Projektleiter bei der CAS, überwachten zusammen mit ihren Ingenieurteams wie Chris Runciman, Laura Malene Lottes, Benjamin Vanoutryve, He Tau und Zhu Xiaofei diese entscheidenden Tests. Der erfolgreiche Abschluss dieser Phase stellt einen großen Schritt nach vorn dar und bestätigt, dass Smile robust und bereit für seine Reise ist.

Reise auf den Flügeln der Vega-C-Rakete

Wenn sie schließlich bereit ist, wird die Smile-Mission ihre Reise zu einer einzigartigen, hochelliptischen Umlaufbahn vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, antreten. Für den Start wurde die europäische Rakete Vega-C ausgewählt, ein leistungsstarker und vielseitiger Träger, der für den Transport von mittelgroßen Nutzlasten ausgelegt ist. Die Vega-C, etwa 35 Meter hoch, ist in der Lage, eine Nutzlast von über zwei Tonnen in eine polare Umlaufbahn zu bringen, was sie ideal für die Anforderungen der Smile-Mission macht. Die Flugbahn der Mission wurde sorgfältig geplant. Smile wird in eine stark geneigte und gestreckte Umlaufbahn gebracht, die sie auf eine Höhe von fast 120.000 Kilometern bringen wird, was fast einem Drittel der Entfernung zum Mond entspricht. Von diesem entfernten Punkt über dem Nordpol wird die Raumsonde etwa 80 % ihrer Zeit verbringen und ihr so einen perfekten Blick für die Aufnahme globaler Bilder der Magnetosphäre bieten. Diese Umlaufbahn minimiert auch die Zeit, die in den gefährlichen Van-Allen-Strahlungsgürteln verbracht wird, schützt die empfindlichen Instrumente und sichert die Langlebigkeit der Mission, die nominell auf drei Jahre ausgelegt ist. Alle neuesten Nachrichten und Fortschritte der Mission können Sie über die offizielle Seite esa.int/smile verfolgen.

Quelle: European Space Agency