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Solarkosmische Strahlungsausbrüche im Fokus

Ein besseres Verständnis solarkosmischer Strahlungsausbrüche ist von entscheidender Bedeutung, um die Erforschung des Weltraums und die Raumfahrt sicherer zu gestalten.

Verlassen Raumfahrzeuge das schützende Magnetfeld der Erde, so sind sie zunehmend der Strahlung ausgesetzt. Solarkosmische Strahlungsausbrüche, geladene Teilchen, die bei Sonneneruptionen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit von der Sonne ausgestoßen werden, stellen eine besondere Gefahr dar. Beispielsweise kann bei großen Eruptionen die Teilchenintensität im interplanetaren Raum um mehrere Größenordnungen höher sein als die Hintergrundstrahlung, die durch kosmische Strahlung von außerhalb des Sonnensystems verursacht wird. „Sobald ein solarkosmischer Strahlungsausbruch ein Raumfahrzeug trifft, können eine Reihe negativer Auswirkungen auftreten“, erklärt Rami Vainio, Projektkoordinator von SERPENTINE, von der Universität Turku in Finnland. „Hohe Strahlungswerte, die von der Bordelektronik absorbiert werden, können zum Bauteilversagen führen. Schon ein einziges energiereiches geladenes Teilchen kann zur Fehlfunktion eines Bauteils führen, was den Verlust eines Raumfahrzeugs zur Folge haben kann.“

Weitverbreitete Strahlungsereignisse

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SERPENTINE wurde versucht, die Ursachen für sogenannte weitverbreitete Strahlungsausbrüche zu ermitteln. „Diese Phänomene sind noch nicht vollständig verstanden“, bemerkt Vainio. „Wir wollten auch die Mechanismen der Teilchenbeschleunigung noch besser verstehen.“ Zu diesem Zweck analysierte das Projektteam eine große Anzahl solarkosmischer Strahlungsausbrüche, die von mehreren Raumfahrzeugen im inneren Sonnensystem beobachtet wurden. Die Daten wurden vom Solar Orbiter und BepiColombo der ESA, von der Parker Solar Probe und STEREO-A der NASA sowie von mehreren erdnahen Raumsonden gesammelt. „Auf diese Weise konnten wir viele der Hauptmerkmale jedes solarkosmischen Strahlungsausbruchs bestimmen“, fügt Vainio hinzu. „Wir haben dann einige Ereignisse genauer analysiert, wobei numerische Simulationen der Teilchenbeschleunigung im interplanetaren Raum durchgeführt wurden.“

Interplanetare Schockwellen und koronale Massenauswürfe

Das Projektteam ermittelte mehrere Gründe für die weitverbreiteten solarkosmischen Strahlungsausbrüche, die durch Daten belegt sind. „Wir haben herausgefunden, dass typischerweise breite Quellen, wie etwa interplanetare Schockwellen, die von koronalen Massenauswürfen angetrieben werden, beteiligt sind“, sagt Vainio. „Allerdings lassen sich nicht alle Beobachtungen durch diese breite Quelle erklären.“ Das Projektteam konnte außerdem überzeugende Beweise dafür liefern, dass sowohl Ionen als auch Elektronen in von koronalen Massenauswürfen angetriebenen Schocks beschleunigt werden, was für die Elektronen seit langem diskutiert wird. „Wir haben mit SERPENTINE nicht nur wissenschaftliche Ziele verfolgt“, merkt Vainio an. „Wir haben auch eine große Anzahl von Datenanalysewerkzeugen, Katalogen und Datensätzen veröffentlicht, die im Verlauf des Projekts entwickelt wurden. Unser Ziel bestand darin, dass die gesamte Gemeinschaft von den Projektergebnissen profitieren kann.“

Analyseinstrumente für in der Frühphase befindliche Sonneneruptionen

Die beiden EU-finanzierten Projekte SOLER und SPEARHEAD gingen an den Start, um die Ergebnisse von SERPENTINE weiter auszubauen. „Mit SOLER werden die Analysewerkzeuge für in der Frühphase befindliche Sonneneruptionen weiterentwickelt“, erläutert Vainio. „Das ist der Zeitpunkt, von dem wir annehmen, dass die Teilchenbeschleunigung zu den höchsten Energien erfolgt. Das Team von SPEARHEAD wird sich darauf konzentrieren, wie solarkosmische Strahlungsausbrüche und kosmische Strahlung durch Sonneneruptionen moduliert werden. Von diesen Folgeprojekten erhoffen sich die Forschenden tiefere Einblicke in Themen wie Teilchenbeschleunigungsprozesse in der Nähe der Sonne.“ Vainio erwartet, dass bis zum Ende des gegenwärtigen Sonnenaktivitätszyklus ein solides Verständnis der Entstehung von solarkosmischen Strahlungsausbrüchen und ihrer Ausbreitung im Sonnensystem erarbeitet sein wird. „Letztendlich kann ein sichererer Raumfahrtbetrieb durch Abschwächung der Auswirkungen von Sonnenstrahlungsstürmen nur durch Erkenntnisgewinn über solarkosmische Strahlungsausbrüche realisiert werden“, fügt er hinzu. „Auf diese Weise werden Modelle entwickelt werden können, die gut genug sind, um ihre Evolution vorherzusagen. Das ist das langfristige Ziel unserer Suche nach dem Verständnis der solarkosmischen Strahlungsausbrüche.“

Schlüsselbegriffe

SERPENTINE, solar, Weltraum, Strahlung, Raumschiff, Sonne, interplanetarisch, kosmisch

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