Wissenschaft
ETH-Zürich-Satellit soll Prognosen zu Sonnenstürmen verbessern
Die ETH Zürich entwickelt einen kleinen Forschungssatelliten namens Ethos, um Prognosen darüber zu verbessern, wie sich die Sonnenaktivität auf die obere Atmosphäre und Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn auswirkt. Laut der Universität soll die Mission 2030 beginnen.
Sonnenaktivität kann Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen von ihrer Bahn abbringen. Die ETH Zürich entwickelt Ethos, einen kleinen Forschungssatelliten, der Prognosen darüber verbessern soll, wie sich Sonnenstürme auf die obere Atmosphäre und Raumfahrzeuge auswirken. Die Universität kündigte die Mission am 2. November 2026 an und teilt mit, dass sie 2030 beginnen soll.
Starke Sonneneruptionen erwärmen die obere Atmosphäre und lassen sie sich ausdehnen. Satelliten in einer niedrigen Erdumlaufbahn treffen dann auf dichtere Luft und erfahren einen stärkeren Luftwiderstand. Sie können an Höhe verlieren und von ihren geplanten Bahnen abdriften, wodurch das Kollisionsrisiko mit anderen Satelliten oder Weltraumschrott steigt.
Prognosen dazu, wie die Atmosphäre auf Sonnenaktivität reagiert, sind derzeit mit Unsicherheiten behaftet, sagt die ETH Zürich. Ethos wird den Zusammenhang zwischen Sonnenstrahlung, Veränderungen in der Ionosphäre und der atmosphärischen Dichte untersuchen. Bessere Messungen könnten Satellitenbetreibern helfen, Veränderungen der Umlaufbahn vorherzusehen und auf die Auswirkungen des Weltraumwetters zu reagieren.
Sonne und Atmosphäre messen
Ethos wird Messungen der Sonne mit Beobachtungen der oberen Erdatmosphäre verbinden. Der Satellit mit einem Gewicht von rund 25 bis 30 Kilogramm soll mehrere wissenschaftliche Instrumente an Bord haben. Sie werden die von der Sonne abgestrahlte Energie messen und während Sonneneruptionen Röntgen- und extreme ultraviolette Strahlung erfassen.
Weitere Instrumente werden die Ionosphäre überwachen, die elektrisch geladene Schicht der oberen Atmosphäre. Ethos wird zudem seine eigene Umlaufbahn mit hoher Präzision bestimmen. Zusammengenommen sollen diese Beobachtungen den Forschenden helfen nachzuvollziehen, wie Veränderungen der Sonnenaktivität die Ionosphäre beeinflussen und die Dichte der darüberliegenden Atmosphäre verändern.
Diese Wirkungskette ist für Raumfahrzeuge in Erdnähe von Bedeutung. Wenn sich die Atmosphäre ausdehnt, erfahren Satelliten mehr Luftwiderstand, was sie abbremsen und ihre Höhe oder Flugbahn verändern kann. Indem die Forschenden sowohl die einfallende Sonnenstrahlung als auch die Reaktion der Atmosphäre messen, wollen sie besser verstehen, wie sich Sonnenereignisse in Veränderungen der Umlaufbahnen niederschlagen.
Messungen in Prognosen umwandeln
Die Mission soll Schwankungen der Sonnenaktivität mit dem Luftwiderstand verknüpfen, dem Satelliten ausgesetzt sind. Ethos wird Messungen der Sonnenstrahlung mit Beobachtungen der Ionosphäre und präziser Bahnverfolgung kombinieren. Die Forschenden erwarten, dass diese Daten zeigen, wie Veränderungen der Sonnenaktivität die Ionosphäre verändern, die Dichte der oberen Atmosphäre beeinflussen und sich auf den Luftwiderstand der Satelliten auswirken.
Diese Erkenntnisse könnten die Weltraumwetterprognosen verbessern und Satellitenbetreibern früher vor möglichen Veränderungen der Umlaufbahnen warnen. Ein genaueres Bild der atmosphärischen Bedingungen würde ihnen helfen einzuschätzen, wie sich die Sonnenaktivität auf die Flugbahnen von Raumfahrzeugen in niedrigen Erdumlaufbahnen auswirken könnte. Dort kann ein zunehmender Luftwiderstand die Flughöhe verringern und die Flugbahnen verschieben.
Der Satellit hat auch eine längerfristige Forschungsaufgabe. Seine Beobachtungen der Sonnenstrahlung sollen zu einer kontinuierlichen Messreihe beitragen. Laut der ETH Zürich werden die gewonnenen Daten auch für die Klimaforschung von Bedeutung sein und damit die Arbeit der Mission zum Weltraumwetter mit der langfristigen Erforschung der Sonnenstrahlung verbinden.
Eine kontinuierliche Messreihe zur Sonnenstrahlung aufbauen
Schweizer Institutionen entwickeln die Mission gemeinsam, während bestehende Missionen zur Sonnenmessung das Ende ihrer Betriebsdauer erreichen. Die ETH Zürich arbeitet mit dem Physikalisch-Meteorologischen Observatorium Davos, der Universität Bern und der École polytechnique fédérale de Lausanne, kurz EPFL, zusammen. Die Institutionen entwickeln die wissenschaftlichen Instrumente, während ein kommerzieller Anbieter den Satelliten selbst liefern soll.
Bei mehreren bestehenden Missionen zur Messung der Sonnenstrahlung dürfte die Betriebsdauer um 2030 enden. Ethos soll dazu beitragen, die Messreihe ohne Unterbrechung fortzuführen. Diese Kontinuität würde die Forschung zur Sonnenstrahlung unterstützen und Daten liefern, die sowohl für die Klimaforschung als auch für Weltraumwetterprognosen relevant sind.
Die geplante Mission vereint die Arbeit Schweizer Forschungsteams auf einem kompakten Raumfahrzeug. Die Messungen sollen den Forschenden ein klareres Bild davon vermitteln, wie die Sonnenaktivität die obere Atmosphäre verändert, und zugleich Betreibern von Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen helfen, sich auf Veränderungen des atmosphärischen Luftwiderstands vorzubereiten.