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Montag, 29.05.2017
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Schwankender Sonnenaktivität auf der Spur

Extrem-UV-Spektrometer liefert Daten für Klimaforschung und GPS

Warum hat sich der Zyklus der solaren Aktivität in den letzten Jahren so verschoben? Und wie verändert die Sonneneinstrahlung die Ionosphäre? Daten zu diesen Fragen liefert seit mittlerweile drei Jahren das Spektrometer SolACES auf der Internationalen Raumstation ISS. Es misst die extrem-UV-Strahlung der Sonne mit großer Genauigkeit und lieferte bereits einige unerwartete Ergebnisse. Künftig sollen diese Daten in einer Datenbank öffentlich zugänglich gemacht werden, um weitere Forschungen zu erleichtern.
Eruption auf der Sonne

Eruption auf der Sonne

Bisher schwankte die Sonnenaktivität zyklisch: Alle elf Jahre erreichte sie ein Minimum, alle elf Jahre strahlte die Sonne mit maximaler Intensität. Beim letzten Minimum im August 2008 brauchten die Forscher allerdings Geduld: Die Aktivität des Himmelskörpers stieg nicht wie erwartet an, sondern
verringerte sich weiter – völlig unerwartet brach die Sonne aus ihrem sonst so verlässlichen Rhythmus. Erst ein Jahr später, im September 2009, begann ihre Aktivität wieder leicht anzusteigen. Das zeigten unter anderen Daten des von Fraunhofer-Forschern entwickelten Sonnenspektrometers SolACES, das seit drei Jahren an der Internationalen Raumstation ISS arbeitet.

Genaue Messung der extremen UV-Strahlung


»Mit dem Spektrometer messen wir die extreme Ultraviolett-Strahlung, kurz EUV, mit Wellenlängen von 17 bis 220 Nanometern«, erklärt Raimund Brunner, Projektleiter am IPM. Das Besondere dabei: Die Wissenschaftler können mit dem Spektrometer nicht nur über einen längeren Beobachtungszeitraum als bei bisherigen Missionen üblich die Aktivität der Sonne messen, sondern auch viel präziser. Möglich machen das zwei Ionisationskammern im Spektrometer, die mit Edelgas gefüllt sind.

Trifft EUV-Strahlung auf das Edelgas, löst sie Elektronen aus dem Gas heraus – es fließt elektrischer Strom. Dieser Strom ist proportional zur Stärke der Sonneneinstrahlung und dient den Forschern als Grundlage, um das Spektrometer zu kalibrieren und genaue quantitative Aussagen zu machen – und schlussendlich etwas über die Sonnenaktivität zu erfahren. »Wir erzielen Messwerte mit Fehlern, die unter zehn Prozent liegen, was weitaus besser ist als bei bisherigen Ergebnissen«, betont Gerhard Schmidtke, wissenschaftlicher Leiter des Projektes.


Das Sonnenspektrometer SolACES misst die Variabilität der Sonnenstrahlung mit bisher unerreichter Präzision.

Das Sonnenspektrometer SolACES misst die Variabilität der Sonnenstrahlung mit bisher unerreichter Präzision.

Gleissberg-Zyklus schuld an Schwankungen?


Was der Grund dafür ist, dass die Sonne erstmals seit der Dokumentation der Sonnenaktivität aus ihrem elfjährigen Rhythmus ausgebrochen ist, können die Forscher noch nicht mit Sicherheit sagen. Sie vermuten, dass es neben dem bisher bekannten Sonnenzyklus noch einen weiteren gibt, den Gleissberg-Zyklus, der eine sehr viel größere Zeitspanne hat – vermutlich 75 bis 100 Jahre – und den elfjährigen Zyklus überlagert.

Die Ergebnisse aus diesem sowie aus zwei ergänzenden Experimenten auf der Raumstation sollen Klimaforschern dabei helfen diese Vermutung zu klären. Und auch, in wie weit die Schwankungen der Sonnenintensität das Klima unserer Atmosphäre beeinflussen: Wie viel des Treibhauseffekts ist hausgemacht? Wie viel davon ist auf die Änderung der Sonnenstrahlung zurückzuführen?

Zusammensetzung der Ionosphäre für GPS wichtig


Die Messdaten verraten zudem vieles über die Bedingungen in der Iono- und Thermosphäre, die ab einer Höhe von 80 Kilometern über der Erdoberfläche beginnen. Die EUV-Strahlung steuert die Temperatur und die Teilchendichten der Ionosphäre. Das hat Folgen: Ändert sich die Intensität der Einstrahlung, beeinflusst das sowohl die Bahn von Satelliten als auch die Funkverbindung der Satelliten untereinander und zur Erde. So muss beispielsweise für zentimetergenaue GPS-Daten die Zusammensetzung der Ionosphäre bekannt sein.

Künftig sollen die gewonnenen Daten in einer Datenbank im Internet gespeichert werden, um sie öffentlich zugänglich zu machen. Die Missionszeit des Spektrometers mit der Bezeichnung SolACES, die anfangs nur für eineinhalb Jahre geplant war und nun bereits drei Jahre beträgt, wurde kürzlich von der ESA um weitere drei Jahre verlängert. »So können wir auch das Maximum der Sonnenintensität im Jahre 2013 mit untersuchen«, so Schmidtke.
(Fraunhofer-Gesellschaft, 29.04.2011 - NPO)
 
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