Die europäische Weltraumsonde Solar Orbiter hat die von der Sonne ausgestoßenen energiereichen Elektronenströme (SEEs) erfolgreich in zwei Hauptkategorien eingeteilt. Diese Klassifizierung liefert entscheidende Informationen über Weltraumwetterphänomene und könnte die Vorhersage und Minderung von Risiken durch Sonnenaktivitäten revolutionieren. Die Mission ermöglicht es, die Ursprünge dieser Teilchenströme bis zu ihrer Quelle auf der Sonne zurückzuverfolgen.
Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass die Sonne ein mächtiger Teilchenbeschleuniger ist, doch die genauen Ursprünge und Beschleunigungsmechanismen von SEEs blieben lange ein Rätsel. Zwischen November 2020 und Dezember 2022 beobachtete die Solar Orbiter, eine Gemeinschaftsmission der ESA und NASA, über 300 SEE-Ereignisse. Dank ihrer einzigartigen Fähigkeit, sich der Sonne näher als jede frühere Mission zu nähern, konnten Forscher die Elektronen zu zwei unterschiedlichen solaren Phänomenen zurückverfolgen: impulsive Sonneneruptionen (Flares) und graduelle koronale Massenauswürfe (CMEs).
Sonneneruptionen sind lokalisierte, explosive Ereignisse, die schnelle und intensive Ausbrüche von energiereichen Elektronen erzeugen. CMEs hingegen sind massive Eruptionen von Plasma und Magnetfeldern, die zu einer allmählicheren Freisetzung von energiereichen Teilchen führen. Die Instrumente der Solar Orbiter ermöglichten es den Wissenschaftlern, die Elektronenpartikel von ihren frühesten nachweisbaren Stadien nahe der Sonnenoberfläche zu verfolgen, was eine Messung in einer „unverfälschten“ Umgebung ermöglichte. Diese Nähe erlaubte präzise Bestimmungen, wo und wann diese Elektronen ihren Ursprung hatten – eine Leistung, die mit früheren Missionen nicht möglich war.
Die Mission hat auch die beobachteten Zeitverzögerungen zwischen solaren Ereignissen und der Detektion von energiereichen Elektronen im Weltraum adressiert. Diese Verzögerungen, die manchmal Stunden dauern, sind nun nicht mehr nur auf eine verzögerte Elektronenfreisetzung zurückzuführen, sondern auch auf die komplexe Reise, die Elektronen durch den turbulenten Sonnenwind unternehmen. Der Sonnenwind, ein kontinuierlicher Ausfluss von geladenen Teilchen, trägt das Magnetfeld der Sonne und verursacht, dass Elektronen gestreut und abgelenkt werden, was ihre Detektion und Ankunftszeiten erschwert. Die Multi-Instrumenten- und Multi-Distanz-Beobachtungsstrategie der Solar Orbiter entwirrt effektiv die Quellcharakteristika von den Transporteffekten.
Diese Forschung hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Vorhersage des Weltraumwetters, insbesondere auf CME-bedingte Partikelwellen, die ein höheres Potenzial haben, Satelliten zu beschädigen und Astronauten Strahlungsgefahren auszusetzen. Die Ergebnisse, die im öffentlich zugänglichen CoSEE-Cat-Katalog zusammengefasst sind, sind das Ergebnis einer umfassenden Zusammenarbeit zwischen europäischen und US-amerikanischen Teams. Zukünftige ESA-Missionen wie Vigil, die 2031 starten soll, werden die Arbeit der Solar Orbiter ergänzen, indem sie kontinuierliche Beobachtungen der Sonne von der Seite liefern. Vigil zielt darauf ab, gefährliche solare Eruptionen früher zu erkennen und somit noch robustere Frühwarnsysteme für Weltraumwetterereignisse zu ermöglichen.
Diese Missionen bilden zusammen einen integrierten Ansatz zur Überwachung der Sonnen-Erde-Umgebung und verbessern unser Verständnis von Sonnenstürmen und energiereichen Teilchenereignissen. Angesichts der wachsenden Abhängigkeit von Weltrauminfrastrukturen ist die genaue Vorhersage dieser Phänomene entscheidend für den Schutz von Technologie, Kommunikationsnetzen und der menschlichen Weltraumforschung. Die Enthüllungen der Solar Orbiter stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Heliophysik dar und demonstrieren den immensen Wert von Nahaufnahmen der Sonne für das Verständnis ihres komplexen Einflusses auf das Sonnensystem.