Eerste zonnestralen voor Sunrise III

Ongeveer een maand voordat het zijn onderzoeksvlucht in de stratosfeer begint, heeft het door een ballon gedragen zonne-observatorium Sunrise III voor het eerst naar de zon gekeken vanaf zijn lanceerplaats bij de poolcirkel.

In juni zal Sunrise III opstijgen vanaf Esrange Space Center, de ballon- en raketbasis van het Swedish Space Agency (SSC) in Kiruna (Zweden), en zal klimmen naar een hoogte van ongeveer 35 kilometer. Tijdens zijn meerdaagse vlucht zal hij dan unieke metingen van de zon doen. Op deze manier worden processen in de chromosfeer, de zeer dynamische laag tussen het zichtbare oppervlak en de buitenste atmosfeer van de zon, nauwkeuriger dan ooit zichtbaar.

In de resterende weken tot de lancering zullen de technische en wetenschappelijke teams uit Duitsland, Spanje, Japan en de VS alle systemen en wetenschappelijke instrumenten voorbereiden voor hun missie en de vluchtprocedures en operaties oefenen.

Bij de foto: Klaar voor de missie: Eerste licht voor het zonne-observatorium Sunrise III, dat vanuit een ballon wordt vervoerd. Afbeelding: MPS/A. Gandorfer

Esrange Space Center in Kiruna (Zweden) is sinds begin april het toneel van de laatste voorbereidingen voor de vlucht van Sunrise III. Alle hardware, inclusief de gondel, de zonnetelescoop en de wetenschappelijke instrumenten, was in afzonderlijke onderdelen gedemonteerd en was daarheen gereisd per vrachtwagen van het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS) in Göttingen (Duitsland). Het MPS leidt de missie.

Sindsdien hebben de ijzige temperaturen tot -15 graden Celsius en de stuifsneeuw die bij aankomst heerste, plaatsgemaakt voor meer aanvaardbare omstandigheden. Het zogenaamde "First Light", de eerste glimp van de zon door Sunrise III, vond plaats bij temperaturen rond het vriespunt.

“De lancering vanaf de poolcirkel vergt een behoorlijke logistieke inspanning”, blikt Sunrise III-projectmanager en MPS-wetenschapper Andreas Korpi-Lagg terug op de afgelopen maanden. Maar voor het wetenschappelijke succes van de missie is de afgelegen lanceerplaats in het hoge noorden cruciaal. Aangezien de zon in de zomer niet voorbij de poolcirkel gaat, kan Sunrise III tijdens zijn vlucht de klok rond waarnemingsgegevens registreren.

Op de grond vinden onderzoekers die de zon bestuderen de beste kijkomstandigheden op plaatsen zoals Hawaï, de Canarische Eilanden en het zuidwesten van de VS. Maar daar, zelfs tijdens het beste observatieseizoen, meestal in de vroege zomer, zijn metingen meestal beperkt tot een paar uur per dag.

Een ander voordeel van Sunrise III is de observatiehoogte. Bij de lancering tilt een enorme met helium gevulde ballon het zes meter hoge observatorium de stratosfeer in tot een hoogte van ongeveer 35 kilometer. De wind voert dan beide naar het westen. Op deze hoogte is de atmosfeer zo dun dat luchtturbulentie het zicht niet belemmert. Bovendien heeft Sunrise III toegang tot de ultraviolette straling van de zon, waarvan het grootste deel wordt geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde. "Alleen sondes in de ruimte bieden betere observatieomstandigheden", zegt Sunrise III hoofdonderzoeker Sami Solanki, directeur van de MPS.

Tijdens het eerste licht in Kiruna bleef Sunrise III op de grond. De mijlpaal biedt niet in de eerste plaats wetenschappelijk zinvolle gegevens van de zon, maar eerder de mogelijkheid om alle systemen met natuurlijk zonlicht te testen en te kalibreren. Voorzichtig tilt de kraan in de grote hal, die dienst doet als Sunrise III' "thuis" in het Esrange Space Center, het observatorium van zes ton enkele centimeters van de grond.

De haldeur gaat open. Voor het eerst richt de gondel zich automatisch op de zon, net als tijdens de onderzoeksvlucht. Zonnestralen vallen in de telescoop en bereiken van daaruit de wetenschappelijke instrumenten en het beeldstabilisatiesysteem. Voor hun computerschermen dieper in de hal houden de wetenschappelijke en technische teams in de gaten hoe de systemen reageren.

Sunrise III is uitgerust met drie wetenschappelijke instrumenten. Samen leveren ze uitgebreide waarnemingsgegevens van het gebied net onder het zichtbare oppervlak van de zon tot de bovenste chromosfeer, ongeveer 2.000 kilometer daarboven. Ze vangen infrarood, zichtbaar en ultraviolet licht uit dit gebied op, waardoor dynamische processen en magnetische velden zichtbaar worden. Daarnaast bevat Sunrise III een uitgekiend beeldstabilisatiesysteem. Het zorgt ervoor dat het observatorium zeer nauwkeurige gegevens registreert, zelfs op de wiebelende ballon. Als een schutter op dezelfde manier 'wiebelvrij' zou willen schieten, zou hij zijn uitrusting zo stil moeten houden dat het schot niet meer dan de dikte van een haar wordt afgebogen over een afstand van zeven kilometer.

De chromosfeer van de zon ligt tussen het zichtbare oppervlak en de buitenste atmosfeer, de corona. In deze verbindingslaag vindt een enorme temperatuursprong plaats: van de relatief gematigde 6.000 graden Celsius aan de oppervlakte tot 20.000 graden Celsius. In de lagen erboven lopen de temperaturen dan op tot wel een miljoen graden Celsius.

"Zelfs na tientallen jaren van modern zonneonderzoek is de chromosfeer nog steeds mysterieus", zegt Solanki. "Een veelheid aan processen die we nog niet volledig begrijpen, vinden plaats in de chromosfeer en voorzien de corona van energie", voegt hij eraan toe. Samen zorgen deze processen niet alleen voor de ongelooflijk hoge temperaturen van de corona, maar vergemakkelijken ze ook de gewelddadige uitbarstingen waarbij de zon herhaaldelijk deeltjes en straling de ruimte in slingert.

De waarnemingsgegevens van Sunrise III zullen de beste hoogteresolutie tot nu toe van de chromosfeer opleveren: nauwkeuriger dan ooit tevoren, zal het mogelijk zijn om individuele processen toe te wijzen aan een exacte hoogte boven het zonneoppervlak. "Met Sunrise III kunnen we processen in de chromosfeer beter dan ooit tevoren volgen", zegt Achim Gandorfer, projectwetenschapper bij Sunrise III.

Bij de foto: Aanzienlijke omvang: het zonneobservatorium Sunrise III is in totaal zes meter hoog. Afbeelding: MPS/A. Gandorfer

Er zullen nog verscheidene weken verstrijken voordat de avontuurlijke vlucht van Sunrise III zal beginnen en het observatorium de eerste gegevens zal verzamelen. Gedurende deze tijd worden alle systemen in gebruik genomen en worden de procedures tijdens de vlucht geoefend. “De vlucht duurt maar een paar dagen. Alles moet vanaf het begin soepel werken”, zegt Korpi-Lagg. Afhankelijk van de windsnelheid zal Sunrise III na ongeveer vijf tot zeven dagen de onbewoonde gebieden van het noordoosten van Canada bereiken. Daar zal het observatorium per parachute landen.

De exacte lanceringsdatum wordt echter bepaald door het weer. Bij neerslag kan Sunrise III niet opstijgen; rustige wind is ook vereist. “Onze voorbereidingen verlopen volgens plan. We zullen begin juni klaar zijn om te lanceren”, zegt Korpi-Lagg. De laatste fase van het avontuur is begonnen.

Vertaler: Jan Vyvey
Bron: MPG