Weltraumteleskop RHESSI

04.04.2014 by

 

Titelbild_Rhessi

News aus dem Institut

Das Röntgen-Teleskop RHESSI wurde für zwei Jahre gebaut. Nun sind zwölf Jahre um, der Satellit hat unseren Planeten 66792 mal umrundet (Stand 4.4.14) und Daten geliefert, aus welchen per Computer Bilder von 88000 Flares konstruiert wurden.

Über diesen brüten nun Dutzende von Forschenden aus der ganzen Welt um herauszufinden, was bei einen Flare genau geschieht. Es geht um ein lokales, blitzkurzes, flackerndes Aufleuchten über der Sonnenoberfläche, bei welchem riesige Mengen an Energie freigesetzt und beschleunigt werden. Dadurch erfährt das Weltraumwetter eine Dynamik, die Auswirkungen bis auf die Erde hat. Um es vorweg zu nehmen: ganz versteht man diese Flares immer noch nicht. Dennoch, die Mission hat die Erwartungen weit übertroffen.

Treffen in Windisch

In dieser Woche treffen sich achtzig Forschende aus den USA, China, Japan, Russland, Sibirien, England, Irland, Tschechische Republik, Polen, Frankreich, Belgien, Italien, Deutschland, Österreich und der Schweiz in der FHNW Windisch, um sich bezüglich des Teleskops auf den neusten Stand zu bringen, Forschungsergebnisse auszutauschen und die Zukunft der Sonnenforschung im hochenergetischen Bereich zu planen.

Rhessi_workshop_windisch2014

Ein Überblick über den Stand der Mission

Worum geht es bei diesem Treffen? Hier ein Überblick. Sollte jemand etwas genauer wissen wollen, wende sie/er sich an Säm Krucker, den Principal Investigator (der ‚Chef’) von Rhessi oder an die Heliophysikerin Marina Battaglia.

Der Zustand des Teleskops

Nach 12 Jahren im Weltraum ist er noch erstaunlich gut – praktisch alles funktioniert. Einige Alterserscheinungen zeigen sich: Die Batterien und die Sonnenkollektoren sind nicht mehr voll leistungsfähig. Die Kühlung funktioniert nicht mehr perfekt, so dass sich das Instrument um ein Grad erwärmt hat. Die Detektoren sind an gewissen Stellen etwas weniger präzis.

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Die neun Detektoren des Röntgenteleskops RHESSI

Dies müssen die Forschenden bei der Auswahl und der Analyse der Daten in Betracht ziehen. Denn wenn sie etwas Aussergewöhnliches entdecken, müssen sie immer zuerst prüfen, ob es sich um einen Effekt handelt, der durch das Beobachtungsinstrument verursacht wurde, oder tatsächlich um ein Phänomen auf der Sonne.

Wer sich über den Zustand selber ein Bild machen will, kann dies auf der Seite ‚Rhessi Observatory Status’ tun. Hier kann man sich u.a. auf dem Laufenden halten über die Anzahl der Erdumdrehungen (zweiter Abschnitt letzter Eintrag ‚current orbit’).

Bildverarbeitung

Die Rohdaten müssen mittels einer eigens dafür entwickelter Software in Bilder verarbeitet werden, damit die Forschenden etwas damit anfangen können. Aus den Rhessi-Daten wurden bereits Bilder von 88000 Flares konstruiert.

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Flare am Rand der Sonne, 24.2.2011. Die Füsschen und die heisse Region darüber sind gut sichtbar. Bild: Richard Schwartz

Die Bilder können separat oder in Kombination mit Daten von anderen Satelliten analysiert werden. Oft werden UV-Daten des Weltraumteleskopes Solar Dynamic Observatory SDO beigezogen, denn diese zeigen den Fluss des Plasmas in den magnetischen Bögen, den man mit den Röntgendaten von RHESSI nicht sieht.

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Kombination zweier Bilder: RHESSI (Linien) und SDO (magnetischer Bogen). Rhessi beobachtet die Füsschen und die Spitze des Bogens. Bild Säm Krucker und Marina Battaglia

RHESSI-Daten kann man über den data browser oder die HESPE database zugreifen. Schauen Sie hinein, wenn es Sie interessiert. Man muss aber schon ziemlich drauskommen, dass man mit diesen Tools etwas anfangen kann. SDO-Daten sind für Laien aussagekräftiger. Sie sind auf der SDO-Webseite sehr einfach zugänglich. Reingucken – ein Augenschmaus!

Forschungsresultate

Anhand von RHESSI-Daten untersucht man die magnetischen Bögen, insbesondere deren ‚Füsse’. Das sind Basisflächen, bei denen hoch energetische Strahlung ausgesandt wird, die offensichtlich eine Rolle bei der Entstehung von Flares und der damit verbundenen Teilchenbeschleunigung spielT. Ein weiterer Ort, wo Teilchen beschleunigt werden, befindet sich etwas oberhalb der Sonnenoberfläche im magnetischen Bogen. Dort wird magnetische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt (siehe RHESSI-Bilder oben).

Was an diesen Orten genau abläuft und wie die Bewegungen turbulente Formen annehmen, versteht man noch nicht vollständig. Jede Wissenschaftlerin und jeder Wissenschaftler versucht, ein Erklärungsmodell zu finden. Diese können manchmal sehr unterschiedlich aussehen, wie man in den untenstehenden Zeichnungen sieht.

Aus Hugh Hudson’s Sammlung von science cartoons habe ich diejenigen ausgewählt, die von Forschenden stammen, welche am diesjährigen Treffen anwesenden sind.

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Hier mein Lieblings-Cartoon aus der Sammlung. Kompliziert, die Sonnenforschung, nicht wahr?

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Cartoon von Wedemeyer-Bohm 2009 (nicht am RHESSI-Treffen)

Wer mehr über die Forschungsresultate wissen möchte, kann die RHESSI Nuggets lesen. Das ist eine Sammlung von regelmässig erscheinenden kurzen Artikeln, zwar für Forschende, aber ein Blick in deren Welt lohnt sich allemal.

Wie geht es weiter?

RHESSI funktioniert schon viel länger als geplant. Dennoch muss an die Zukunft gedacht werden. Neue Technologien und bessere Instrumente müssen getestet werden – im Weltraum, denn die lebensgefährlichen Röntgen- und Gammastrahlen werden (zum Glück!) von der Atmosphäre davon abgehalten, bis zur Erdoberfläche zu dringen. Aber wie testet man etwas im Weltraum? Einfach mal so einen Testsatelliten in den Weltraum zu schicken, wäre viel zu teuer.

Forschende sind kreativ!

Sie probieren alles, um ein noch so kleines Instrument dem Weltraum auszusetzen und damit eine neue Technologie zu testen, und sei es nur für ein paar Minuten.

Ein Beispiel ist die Sondierrakete FOXSI, über welche in diesem Blog bereits berichtet wurde. Sie hat ein Beobachtungsinstrument an Bord, aber nicht genug Schub um in die Erdumlaufbahn zu gelangen. Dies erlaubt Testbeobachtungen während einiger Minuten, bevor sie wieder zur Erde zurück fällt. Mehr zu FOXSI im Interview mit Säm Krucker. Die erste FOXSI-Mission fand 2012 statt, die zweite ist noch für dieses Jahr geplant.

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Die Sondierrakete FOXSI wird nach der Landung geborgen. New Mexico, 2012

Ein zweites Beispiel ist die Ballonmission HEROES, die erstmals 2013 mit einem Beobachtungsinstrument an Bord abhob, um für einige Stunden die Sonne zu beobachten. Leider war die Sonne gerade extrem ruhig. Hier ist ebenfalls ein zweiter Start geplant mit einem Ballon, der zwei Wochen lang Beobachtungen ermöglichen soll. Dies erhöht die Chance, tatsächlich Flares beobachten zu können.

Zudem sind mehrere Projekte mit Cubesats geplant. Das sind echte Minisatelliten in der Form eines Würfels von 10 cm Seitenlänge. Sie können zu einem günstigen Preis mit einer Rakete mitreisen, die reguläre Satelliten in den Orbit bringt.

STIX auf Solar Orbiter

Das Röntgenteleskop STIX, das 2017 zusammen mit anderen Instrumenten auf der Raumsonde Solar Orbiter den Weg zur Sonne antritt, ist der direkte Nachfolger von RHESSI. Im Gegensatz zu RHESSI wird STIX nicht auf einer nahen Erdumlaufbahn bleiben, sondern so nahe zur Sonne fliegen wie keine Mission zuvor. Dies ermöglicht ganz neue Beobachtungen, zum Beispiel der beiden Pole der Sonne, und Messungen vor Ort. Säm Krucker ist ebenfalls Principal Investigator von STIX. Das Instrument wird an der FHNW entwickelt und gebaut.

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Die neue Mission Solar Orbiter wird der Sonne näher komme als jede Mission zuvor. Bild: ESA

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Abschliessend einige persönliche Worte. Mich freut es besonders, dass das diesjährige RHESSI-Treffen hier in Windisch statt findet. Dahinter steht viel Aufbauarbeit, unzählige überwundene Hindernisse und ein paar Leute, die von ihrer Sache überzeugt sind und nicht so schnell aufgeben. Für mich ist dieses Treffen ein Meilenstein für die noch junge Sonnenforschungsgruppe am Institut für 4D Technologien. Solche Forschung ist im Alleingang nicht möglich.

 

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