Solar Orbiter – gaat het oppervlak van de Zon bestuderen

Solar Orbiter bij de Zon
Artist impression van de Solar Orbiter in een baan om de Zon. Credit: ESA.

Solar Orbiter is een geplande missie van de ESA die het oppervlak van de Zon zal gaan bestuderen. De lancering staat op dit moment gepland voor oktober 2018. NASA zal voor de lanceerraket zorgen, daarnaast levert de NASA één van de wetenschappelijke instrumenten en een sensor.

Om brandstof te sparen zal de ruimtesonde na de lancering verschillende scheervluchten maken langs de Aarde en Venus om dan later in zijn juiste baan te komen. Als deze scheervluchten klaar zijn zal de zonnetelescoop in een baan van 168 dagen om de Zon draaien en een dichtste nadering tot de Zon hebben van 0,28 Astronomische Eenheden. Dat is ruim binnen de baan van Mercurius.

Op die afstand zal de zonnetelescoop 13 keer meer zonlicht krijgen dan wij hier op Aarde ontvangen. De telescoop zal speciaal voor deze omstandigheden ontworpen worden.

Er zal gebruikt gemaakt worden van nieuwe technologieën die ook toegepast worden in de BepiColombo die naar Mercurius zal afreizen zoals zonnepanelen die tegen een hoge temperatuur kunnen en een zendantenne die tegen hoe temperaturen bestand is.

De Solar Orbiter moet minimaal zeven jaar meegaan en zal een baaninclinatie hebben van 25° ten opzichte van de evenaar van de Zon. Als de missie wordt verlengd dan zullen meer scheervluchten langs Venus gemaakt worden om de inclinatie te vergroten naar 34° waardoor de missie ook andere wetenschappelijke zaken kan onderzoeken.

De grote inclinatie maakt het mogelijk om voor het eerst de polen van de Zon gedurende langere tijd te bestuderen. De zonnetelescoop zal verschillende dagen achterelkaar eenzelfde rotatie hebben als de Zon waardoor, ook voor het eerst, de ontwikkeling van zonnestormen vanuit eenzelfde punt gevolgd kan worden.

Geschiedenis van de Solar Orbiter

De geschiedenis van de Solar Orbiter gaat terug tot 1998 toen het rapport “A crossroads for European Solar and Heliospheric Physics” van de ESA verscheen. Twee ideeën voor een missie uit dit rapport hebben geleid tot een enkele missie onder de naam Solar Orbiter.

Eén missie ging uit van het fotograferen van de Zon in zichtbaar licht en op ultraviolette golflengtes. De andere missie stelde voor om een ruimtesonde dichtbij de Zon – op een afstand van 0,15 AE, de helft van de afstand van Mercurius tot de Zon – te plaatsen om opnames van de Zon te maken in zeer hoge resoluties. Het samenvoegen van deze twee ideeën leidde tot wat aanpassingen in het ontwerp en een grotere afstand van de ruimtesonde tot de Zon.

In oktober 2000 werd de Solar Orbiter door de ESA geselecteerd voor een lancering tussen 2008 en 2013 maar zoals dat meestal gaat met lanceerdata werd de tijdlijn opgerekt naar achteren. In 2006 maakte de ESA bekend dat de Solar Orbiter om financiële redenen niet voor 2017 gelanceerd zou worden. Die lanceerdatum is dus inmiddels naar 2018 verplaatst.

In 2007 hadden de ESA en de NASA een samenwerkingsverband dat Heliophysical Explorers heette. De missies van de Solar Orbiter van de ESA en de Solar Sentinels van de NASA waren dusdanig ontworpen dat ze complementair aan elkaar waren.

ESA heeft momenteel een programma lopen onder de naam Cosmic Vision 2015 – 2025. In 2007 werd een eerste oproep gedaan voor voorstellen voor nieuwe missies. Dat leidde tot 50 voorstellen voor of een medium-class (M-class) of een large-class (L-class) lanceermogelijkheid in 2017 of 2018.

In 2009 kondigde de ESA aan dat het onafhankelijk van de NASA verder zou gaan met zijn missies. Er waren gerede twijfels of de NASA zijn financieringen rond zou kunnen krijgen en het lange termijnprogramma van de NASA sloot niet aan bij dat van de ESA. Er werden verschillende wijzigingen doorgevoerd in de M-klasse en L-klasse missies inclusief de lanceringen van de M-klasse missies in 2017 en 2018. De Solar Orbiter werd als een M-klasse missie geclassificeerd voor één van de twee lanceermogelijkheden.

In februari 2010 koos de ESA de M-klasse kandidaten Euclid, PLATO en de Solar Orbiter. Solar Orbiter en PLATO werden in oktober 2011 als eerste twee M-klasse missies gekozen. Lanceringen zouden in 2017 en 2020 moeten plaatsvinden.

In april 2012 werd Astrium UK gekozen als hoofdaannemer en drie jaar later werd de lanceerdatum van 2017 naar oktober 2018 verplaatst. De beslissing om de lancering naar achteren te verplaatsen was nodig om er zeker van te zijn dat alle wetenschappelijke doelen gehaald zouden kunnen worden. Dat betekende grondig testen van alle systemen van de zonnetelescoop.

Solar Orbiter wetenschap

Het hoofddoel van de Solar Orbiter is te achterhalen hoe de Zon de heliosfeer maakt en controleert. De heliosfeer is de atmosfeer van de Zon.

Omdat de Zon invloed heeft op het weer op Aarde betekent dit dat als we begrijpen hoe de Zon werkt we fenomenen zoals geladen deeltjes van de Zon die de Aarde raken, kunnen voorspellen. Die geladen deeltjes veroorzaken o.a. poollicht maar kunnen ook satellieten en elektriciteitscentrales uitschakelen en zwaar beschadigen. Het bekendste voorbeeld is de Carrington-gebeurtenis uit 1859. Dit was een zware geomagnetische storm die telegraaflijnen in vuur en vlam zette.

De missie is verdeeld in vier wetenschappelijke vragen:

  • de herkomst van de zonnewind (de constante stroom van geladen deeltjes van de Zon) en het magneetveld van de corona, de hete bovenste deel van de atmosfeer van de Zon;
  • kijken naar tijdelijke gebeurtenissen op de Zon, zoals jets en kijken hoe ze de variabiliteit van de heliosfeer beïnvloeden.
  • hoe uitbarstingen op de Zon (zonnevlammen en e daarmee geassocieerde CME’s van geladen deeltjes) straling van energetische deeltjes produceren in de heliosfeer.
  • informatie verzamelen over hoe het magnetische veld van de Zon (de dynamo van de Zon) verbindingen tussen de Zon en de heliosfeer beïnvloedt.

De Solar Orbiter komt zo dicht bij de Zon dat detailopnames tot 180 kilometer grootte mogelijk zijn. Dat is slechts een fractie van de 1,4 miljoen kilometer die de zonneschijf groot is. Dit alleen de wetenschap maar ook het grote publiek zal zich kunnen verbazen over hoe actief de Zon is.

Instrumenten aan boord van de Solar Orbiter:

  • een detector voor energetische deeltjes (EPD)
  • een magnetometer (MAG)
  • een radio en plasma golfexperiment om magnetische en elektrische velden te meten (RPW)
  • een instrument dat opnames kan maken in het extreem ultraviolette licht (EUI) om de verschillende atmosferische lagen van de Zon te onderzoeken
  • een coronograaf (MEIS) om de corona te onderzoeken
  • een polarimetrische en helioseismische camera (PHI) die informatie moet verschaffen over het binnenste van de Zon en in het bijzonder de convectiezone waar het warmtetransportplaatsvindt.
  • een heliosferische camea (SoIoHI) die de bewegingen van de zonnewind vastlegt
  • de Spectral Imaging en Coronal Environment (SPICE) die kijkt naar het plasma in de corona
  • een röntgenspectrometer/telescoop (STIX) die het plasma en versnelde deeltjes onderzoekt, die meestal verband houden met zonnevlammen

Andere zonnemissies

Omdat de Zon een grote invloed heeft op de Aarde zijn er al tientallen ruimtesondes naar toe gestuurd. Onderstaand enkele van de meest recente missies.

Ulysses was een gezamenlijke missie van de ESA en de NASA. Ulysses werd in 1990 gelanceerd en bleef operationeel tot juni 2009. Ulysses deed metingen aan de gebieden in de ruimte boven de polen van de Zon maar bestudeerde ook de Zon zelf en de zonnewind. Net zoals de Solar Orbiter had de Ulysses en baan met een grote inclinatie die m.b.v. een scheervlucht langs Jupiter tot stand was gekomen. Ulysses bestudeerde ook verschillende kometen.

SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) is een gezamenlijke missie van de ESA en de NASA en werd in 1995 gelanceerd om de Zon en zijn omgeving te onderzoeken. Gezien de positie van de zonnetelescoop en het instrumentarium bleek het ook een uitstekende telescoop voor planeten die langs de Zon scheren. Tot op heden heeft de SOHO er al meer dan 2000 ontdekt. De SOHO-missie is nog steeds actief.

De Hinode werd in 2006 gelanceerd. Het is een samenwerkingsverband tussen JAXA, NASA en de ESA. Hinode bestudeert hoe magnetische energie wordt opgewekt in de fotosfeer van de Zon (de fotosfeer het het “oppervlak” van de Zon) en wordt getransporteerd door de atmosfeer naar de corona en verder.

STEREO (Solar Tterrestrial Relations Observatory) is en missie van de NASA die in oktober 2006 werd gelanceerd. Oorspronkelijk ging het om twee ruimtesondes, STEREO-a en STEREO-b de stereografische opnames van de Zon moesten maken en die ons meer zouden moeten leren over uitbarstingen in de corona. In 2014 verloor de NASA het contact met STEREO-b tijdens een routine test. In 2016 was er kort contact met STEREO-b maar ook dat ging weer verloren.

In 2011 werd het Solar Dynamics Observatory van de NASA gelanceerd dat ging kijken naar de variabiliteit van de Zon en de effecten daarvan op Aard. De SDO onderzoekt het binnenste van de Zon, het magneetveld, de corona en de stroming van geladen deeltjes.

In 2018 zal de NASA de Parker Solar Probe lanceren. Deze zal tot op een afstand van 0,04 Astronomische Eenheden van de Zon komen (± 12 miljoen kilometer) en o.a. onderzoek doen aan de energie die de Zon verlaat en de effecten daarvan op de corona en de zonnewind.

 

Eerste publicatie: 7 oktober 2017
Bron: space.com, ESA: Solar Orbiter Overview, NASA: Solar Orbiter Mission




%d bloggers liken dit: