Die Aktivität der Sonne, bekannt als "Weltraumwetter", hat erhebliche Auswirkungen auf die Erde und die anderen Planeten des Sonnensystems. Periodische Eruptionen, auch als Sonneneruptionen bekannt, setzen beträchtliche Mengen elektromagnetischer Strahlung frei, die alles von Satelliten über Flugreisen bis hin zu Stromnetzen stören kann. Aus diesem Grund versuchen Astrophysiker, die Sonne besser zu betrachten, um ihre Wettermuster vorhersagen zu können.
Dies ist der Zweck des 4 Meter langen Daniel K. Inouye-Solarteleskops (DKIST) der NSF - früher bekannt als Advanced Technology Solar Telescope -, das sich am Haleakala-Observatorium auf der Insel Maui, Hawaii, befindet. Vor kurzem hat diese Einrichtung ihre ersten Bilder der Sonnenoberfläche veröffentlicht, die einen beispiellosen Detaillierungsgrad aufweisen und eine Vorschau auf das bieten, was dieses Teleskop in den kommenden Jahren enthüllen wird.
Diese Bilder bieten eine Nahansicht der Sonnenoberfläche, die turbulentes Plasma zeigt, das in einem Muster zellartiger Strukturen angeordnet ist. Diese Zellen sind ein Hinweis auf heftige Bewegungen, die heißes Sonnenplasma vom Inneren der Sonne an die Oberfläche transportieren. Bei diesem als Konvektion bekannten Prozess steigt dieses helle Plasma in Zellen an die Oberfläche, wo es dann abkühlt und in dunklen Bahnen unter die Oberfläche sinkt.
Durch diese präzisen und klaren Bilder der Sonne hoffen die Astronomen, ihr Verständnis dieses Prozesses verbessern zu können, um plötzliche Änderungen des Weltraumwetters vorhersagen zu können. Wie France Córdova, der NSF-Direktor, erklärte:
„Seit NSF mit der Arbeit an diesem bodengestützten Teleskop begonnen hat, haben wir mit Spannung auf die ersten Bilder gewartet. Wir können jetzt diese Bilder und Videos teilen, die die detailliertesten unserer bisherigen Sonne sind. Das Inouye-Solarteleskop von NSF kann die Magnetfelder in der Sonnenkorona abbilden, in denen Sonneneruptionen auftreten, die sich auf das Leben auf der Erde auswirken können. Dieses Teleskop wird unser Verständnis dafür verbessern, was das Weltraumwetter antreibt, und letztendlich Prognostikern helfen, Sonnenstürme besser vorherzusagen. “
Einfach ausgedrückt ist die Sonne ein Hauptreihenstern vom G-Typ (gelber Zwerg), der seit etwa 4,6 Milliarden Jahren existiert. Damit befindet es sich ungefähr in der Mitte seines Lebenszyklus, der weitere 5 Milliarden Jahre dauern wird. Der Prozess der autarken Kernfusion, der die Sonne antreibt (und all unser Licht, Wärme und Energie liefert), verbraucht pro Sekunde etwa 5 Millionen Tonnen Wasserstoffbrennstoff.
Die gesamte durch diesen Prozess erzeugte Energie strahlt in alle Richtungen in den Weltraum und reicht bis an den Rand des Sonnensystems. Seit den 1950er Jahren haben Wissenschaftler verstanden, dass sich die Erde in der Sonnenatmosphäre befindet und dass Änderungen des Wetters tiefgreifende Auswirkungen auf die Erde haben. Selbst jetzt, Jahrzehnte später, gibt es viel über die wichtigsten Prozesse der Sonne, die unbekannt bleiben.
Matt Mountain ist Präsident der Vereinigung der Universitäten für astronomische Forschung, die das Inouye-Solarteleskop verwaltet. Wie er das Ziel der Sonnenastronomie erklärte:
"Auf der Erde können wir sehr genau vorhersagen, ob es irgendwo auf der Welt ziemlich genau regnen wird, und das Weltraumwetter ist noch nicht da. Unsere Vorhersagen liegen 50 Jahre, wenn nicht sogar mehr, hinter dem Landwetter zurück. Wir müssen die zugrunde liegende Physik hinter dem Weltraumwetter erfassen, und dies beginnt bei der Sonne, die das Inouye-Solarteleskop in den nächsten Jahrzehnten untersuchen wird. “
Astronomen haben festgestellt, dass die Bewegung des Sonnenplasmas mit Sonnenstürmen zusammenhängt, da sie dazu führen, dass sich die Magnetfeldlinien der Sonne verdrehen und verheddern. Das Messen und Charakterisieren des Magnetfelds der Sonne ist entscheidend, um die Ursachen potenziell schädlicher Sonnenaktivität zu bestimmen - etwas, für das das Inouye-Solarteleskop einzigartig qualifiziert ist.
Laut Thomas Rimmele, Direktor des Inouye-Solarteleskops, kommt es auf das Magnetfeld der Sonne an. „Um die größten Rätsel der Sonne zu lösen, müssen wir diese winzigen Strukturen nicht nur aus einer Entfernung von 150 Millionen Kilometern klar erkennen können, sondern auch ihre Magnetfeldstärke und -richtung in der Nähe der Oberfläche sehr genau messen und das Feld verfolgen, während es sich in die Millionen erstreckt -Gradkorona, die äußere Atmosphäre der Sonne. “
Einer der größten Vorteile eines besseren Verständnisses der Solardynamik ist die Fähigkeit, wichtige Wetterereignisse vorherzusagen. Gegenwärtig können Regierungen und Weltraumagenturen Ereignisse etwa 48 Minuten im Voraus antizipieren. Dank der Forschung des Inouye-Solarteleskops und anderer Solarobservatorien rechnen Astronomen jedoch mit einer Dauer von bis zu 48 Stunden.
Dies würde uns mehr Zeit geben, um sicherzustellen, dass diese Ereignisse Stromnetze, kritische Infrastrukturen, Satelliten und Raumstationen nicht ausschalten. Natürlich ist die Überwachung der Sonne keine leichte Aufgabe und birgt einen angemessenen Anteil an Gefahren. Aus diesem Grund nutzt das Inouye-Solarteleskop viele aktuelle Entwicklungen in Bezug auf Konstruktion, Ingenieurwesen und Astronomie.
Dazu gehören der 4 m lange Spiegel (der größte aller Sonnenteleskope), die adaptive Optik zum Ausgleich der durch die Erdatmosphäre verursachten Verzerrungen und die makellosen Betrachtungsbedingungen auf dem über 3000 m hohen Gipfel von Haleakala. Das Teleskop ist außerdem auf verschiedene Sicherheitsvorkehrungen angewiesen, um sicherzustellen, dass es nicht durch die Fokussierung von 13 Kilowatt Sonnenenergie von der Sonne überhitzt wird.
Dies geschieht über einen flüssigkeitsgekühlten High-Tech-Metalltorus (den „Hitzestopp“), der den größten Teil des Sonnenlichts vom Hauptspiegel und den Kühlplatten fernhält, die die Kuppel bedecken und die Temperaturen rund um das Teleskop stabil halten. Das Innere des Observatoriums wird auch mit 11,25 km Kühlmittelrohren, die teilweise durch nachts angesammeltes Eis gekühlt werden, und Innenrollläden, die Luftzirkulation und Schatten spenden, kühl gehalten.
„Mit der größten Blende aller Solarteleskope, seinem einzigartigen Design und der hochmodernen Instrumentierung kann das Inouye-Solarteleskop erstmals die schwierigsten Messungen der Sonne durchführen“, sagte Rimmele . „Nach mehr als 20 Jahren Arbeit eines großen Teams, das sich der Planung und dem Bau eines erstklassigen Observatoriums für Solarforschung widmet, stehen wir kurz vor dem Ziel. Ich freue mich sehr, positioniert zu sein, um die ersten Sonnenflecken des neuen Sonnenzyklus zu beobachten, die gerade mit diesem unglaublichen Teleskop hochfahren. "
David Boboltz, Programmdirektor in der Abteilung für Astronomische Wissenschaften von NSF, ist auch für die Überwachung des Aufbaus und des Betriebs der Anlage verantwortlich. Wie er angedeutet hat, sind diese Bilder nur die Spitze des Eisbergs für das Inouye-Solarteleskop:
„In den nächsten sechs Monaten wird das Team aus Wissenschaftlern, Ingenieuren und Technikern des Inouye-Teleskops das Teleskop weiter testen und in Betrieb nehmen, um es für die internationale solare Wissenschaftsgemeinschaft einsatzbereit zu machen. Das Inouye-Solarteleskop wird in den ersten fünf Jahren seines Lebens mehr Informationen über unsere Sonne sammeln als alle Solardaten, die seit Galileos erstem Ausrichten eines Teleskops auf die Sonne im Jahr 1612 gesammelt wurden. “
Das Inouye-Solarteleskop ist Teil eines Trios von Instrumenten, die in den kommenden Jahren die Solarastronomie revolutionieren werden. Dazu kommen die Parker Solar Probe der NASA (die derzeit die Sonne umkreist) und der ESA / NASA Solar Orbiter (der bald gestartet wird). Wie Valentin Pillet (der Direktor des National Solar Observatory der NSF) zusammenfasste, ist es eine aufregende Zeit, Sonnenphysiker zu werden:
„Das Inouye-Solarteleskop ermöglicht die Fernerkundung der äußeren Sonnenschichten und der darin ablaufenden magnetischen Prozesse. Diese Prozesse breiten sich in das Sonnensystem aus, wo die Missionen Parker Solar Probe und Solar Orbiter ihre Konsequenzen messen. Insgesamt sind sie ein echtes Multi-Messenger-Unternehmen, um zu verstehen, wie Sterne und ihre Planeten magnetisch miteinander verbunden sind. “
