SWARM-Satelliten mit Bilderbuchstart ins All gebracht Satellitentrio erforscht ab heute das Erdmagnetfeld - scinexx | Das Wissensmagazin
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SWARM-Satelliten mit Bilderbuchstart ins All gebracht

Satellitentrio erforscht ab heute das Erdmagnetfeld

Einer der SWARM-Satelliten im Orbit © Medialab/ESA

Gleich drei Satelliten werden künftig gemeinsam das Magnetfeld der Erde erforschen: Am Freitag
Mittag hat eine russische Rakete die Sonden der SWARM-Mission erfolgreich in den Orbit gebracht. Dort sollen die Sonden von verschiedenen Flugbahnen aus das irdische Magnetfeld genauer als je zuvor in drei Dimensionen kartieren. Interessant ist dies vor allem angesichts der Tatsache, dass sich das Magnetfeld zurzeit abschwächt, weil eine Umpolung bevorsteht.

Unser Heimatplanet ist einem ständigen Beschuss durch energiereiche Teilchen von der Sonne und aus dem Weltall ausgesetzt. Glücklicherweise schützt uns das Erdmagnetfeld vor dieser gefährlichen Strahlung. Messungen der vergangenen Dekaden haben gezeigt, dass das Erdmagnetfeld schwächer wird und – wie häufiger in der Vergangenheit – vor einer Umpolung steht. Und auch trotz dieses Schutzschilds dringen manchmal Teilchenschauer von Sonnenstürmen bis in die Atmosphäre vor. Die Folgen können vielfältig sein: Stromnetze brechen zusammen, Computer spielen verrückt, Navigationsnetze werden gestört. Klar ist: Zwischen den äußeren Einflüssen und den irdischen Magnetfeldänderungen verbergen sich vielschichtige, schwer fassbare Prozesse.

Drei sehen mehr als einer

Obwohl das Magnetfeld seit etwa 150 Jahren erforscht und vermessen wird, sind unsere Kenntnisse darüber noch sehr lückenhaft. Einige dieser Lücken soll nun die SWARM-Mission schließen helfen. Sie besteht aus drei baugleichen Satelliten. Zwei von ihnen werden auf einer gemeinsamen Umlaufbahn in 460 Kilometer ausgesetzt und der dritte auf eine Bahn in 530 Kilometer Höhe gebracht. „Das tiefer fliegende SWARM-Paar kann durch seinen Abstand von 150 Kilometern mit einem Stereo-Blick auf das Magnetfeld der Erdkruste schauen“, erläutert Hermann Lühr, Leiter des SWARM-Projektbüros am Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ). „So können wir diesen Bestandteil mit sehr hoher Genauigkeit analysieren.“

Die Flugkonstellation und die genauen Instrumente der drei baugleichen Satelliten macht eine hochgenaue Vermessung des Erdmagnetfelds möglich. Sie umkreisen die Erde auf polnahen Bahnen. Dabei fliegen zwei mit einem Abstand von 1.4° Grad geografischer Länge fast parallel nebeneinander, während der dritte Satellit etwa 100 Kilometer über den beiden anderen die Konstellation vervollständigt. Durch diesen Positionsflug kann das Magnetfeld nun zeitgleich an mehreren Orten erfasst werden. © ATG Medialab/ESA

Der dritte, obere SWARM-Satellit kann dagegen die nach oben hin abnehmende Stärke des Magnetfeldes genauer bestimmen. Zudem fliegt dieser Satellit in einem über die Zeit immer stärker zunehmenden Winkel zur Bahn des unteren Paars. Durch diesen Formationsflug sollen die Sonden das Magnetfeld über vier Jahre hinweg mit bisher nicht gekannter Genauigkeit in drei Dimensionen kartieren.

Start im Nebel, dann Ausklappen der Messausleger

Der Start war vergangenen Freitag war ein Erfolg: Im dichten Nebel hob eine russische Rockot-Rakete am 22. November 2013 pünktlich um 13:02 Uhr Mitteleuropäischer Zeit vom Kosmodrom Plesetsk ab. In der Spitze der Rakete: drei baugleiche Satelliten zur Messung des Erdmagnetfelds. Nach gut anderthalb Stunden, um 14:37 MEZ dann die Erfolgsmeldung: Alle drei Satelliten trennten sich problemlos von der Trägerrakete und nahmen den Funkkontakt mit den die Bodenstationen im schwedischen Kiruna und norwegischen Longyearbyen auf Spitzbergen auf.

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Der Ausleger trägt die Messinstrumente © ASTRIUM

Als nächstes wurden die Satelliten in Messkonfiguration gebracht. Denn in der Rakete lag ihr vier Meter langer Messausleger noch eingeklappt auf ihrem Rücken, um Platz zu sparen. Erst einige Stunden nach dem Aussetzen der Satelliten wurden zunächst die Bordbetriebssysteme Stück für Stück angeschaltet, dann der Messausleger ausgeklappt. Ausleger deshalb, weil die Oberfläche der Satelliten mit Solarzellen zur Stromversorgung bestückt ist. Das durch den Strom erzeugte Magnetfeld würde die Messung stören, daher sind die Sensoren ausgelagert.

An der Spitze des Auslegers befindet sich das besonders empfindliche Gerät zur Messung der Magnetfeldstärke, in der Mitte des Auslegers die Sensoren zur Bestimmung der Richtung des Magnetfeldes. Hier sitzen auch die drei Sternsensoren, mit denen der Satellit seine Lage bestimmt und korrigiert.

(Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), 22.11.2013 – NPO)

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