Wie konstant leuchtet die Sonne?

Wenn das Space Shuttle ATLANTIS wie vorgesehen am 10. Januar 2008 von der Startrampe 39A im Weltraumbahnhof Cape Canaveral mit einem weiteren Segment für die Internationale Raumstation abhebt, haben auch einige Heidelberger Wissenschaftler diesem Ereignis entgegengefiebert. Zusammen mit dem Weltraumlabor COLUMBUS, dem europäischen Beitrag zur ISS, wird auch SOLSPEC, ein Sonnenspektrometer, zum Einsatz kommen, das auf eine mehr als dreißigjährige Entwicklungsgeschichte zurückblicken kann.

Dieses Experiment wurde von dem als „Strahlungspapst“ bekannten Prof. Dietrich Labs und Dr. Holger Mandel von der Landessternwarte in Heidelberg zusammen mit französischen und belgischen Partnern entwickelt und wird zur Messung der Strahlungsleistung unserer Sonne im Wellenlängenbereich zwischen 180 nm-3200 nm verwendet. Der Heidelberger Beitrag umfasste dabei Arbeiten zur Kalibration des Instruments mit einem so genannten Schwarzen Körper, einer hoch genauen Strahlungsquelle, die bei Temperaturen von mehr als 3000 Grad Celcius eine präzise Eichung der in SOLSPEC mitfliegenden Vergleichslichtquellen gewährleistet. Seit Anfang 2005 bildet die Landessternwarte zusammen mit dem Astronomischen Rechen-Institut und dem Institut für Theoretische Astrophysik das Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg.

Bis vor wenigen Jahrzehnten waren nur erdgebundene Messungen möglich, die infolge der Filterwirkung unserer Erdatmosphäre aber nur einen kleinen Bruchteil der Sonnenstrahlung erfassten. So wurden die ersten Messungen bereits in den fünfziger Jahren von Prof. Labs mit kleinen Teleskopen auf dem Jungfraujoch durchgeführt. Doch erst mit Beginn des Raumflugzeitalters wurde das komplette Sonnenspektrum zugänglich. So misst SOLSPEC neben dem sichtbaren Bereich auch den Infrarot- und Ultraviolettanteil der Strahlung und ermöglicht damit eine Bestimmung der Solarkonstanten und deren zeitliche Variation. Für diese Messungen interessieren sich nicht nur Astronomen, sondern auch Klimatologen, denn letztendlich ist die Sonne für alles Leben auf der Erde der wichtigste Himmelskörper.

Aus historischen Quellen ist bekannt, dass schon das Klima des letzten Jahrtausends erhebliche Schwankungen aufgewiesen hat. So kam es während des 15. und 17. Jahrhunderts über jeweils mehrere Jahrzehnte zu deutlichen Kälteeinbrüchen und im 11./12. Jahrhundert zu einer ausgeprägten Wärmeperiode, die erstmals die Besiedlung Grönlands und die Entdeckung Amerikas durch die Wikinger erlaubte. Noch weiter zurück liegen die großen Eiszeiten, bei denen weite Teile Europas unter einem dicken Eispanzer begraben lagen. Die mittlere Jahrestemperatur der Erde war hierbei nur wenige Grade niedriger als heute.

Mit Hilfe von Eiskernbohrungen und Isotopenanalysen lässt sich zwischen der Sonnenaktivität und Temperaturschwankungen auf der Erde eine enge Korrelation sogar über einen Zeitraum von mehreren hunderttausend Jahren nachweisen. Die bei den SOLSPEC-Missionen überdeckte Zeitdauer erscheint mit 35 Jahren dabei eher gering. Der Erstflug erfolgte im Jahr 1983 mit dem europäischen Weltraumlabor Spacelab 1, zusammen mit dem ersten (westdeutschen) Wissenschaftsastronauten Ulf Merbold. In den Folgejahren kam das Experiment noch mehrfach zum Einsatz. Zunächst im Rahmen dreier ATLAS-Missionen der NASA in den Jahren 1992, 1993 und 1994, bei denen auf einer im Space-Shuttle fest eingebauten Palette mehrere Sonnenexperimente gleichzeitig eingesetzt wurden. Diese Flüge waren jedoch auf die jeweilige Space-Shuttle-Mission abgestimmt und deshalb auf eine typische Dauer von ein bis zwei Wochen begrenzt. Erst mit der freifliegenden Raumplattform EURECA der europäischen Raumfahrtbehörde ESA, die im August 1992 mit einem Shuttle ins All transportiert und im Juli 1993 von einem zweiten Shuttle wieder eingefangen wurde, konnten erstmals Messungen über einen längeren zusammenhängenden Zeitraum durchgeführt werden. Die Ergebnisse zeigten eine erstaunliche Konstanz der Sonnenstrahlung im visuellen und infraroten Spektralbereich, aber deutliche Schwankungen bei kürzeren Wellenlängen. Doch genau diese Strahlung ist für die komplexe Wechselwirkung verschiedener Vorgänge in der Hochatmosphäre unserer Erde von großer Bedeutung, sodass SOLSPEC nun zusammen mit einigen weiteren Experimenten im SOLAR-Modul auf der internationalen Raumstation über mehrere Jahre eingesetzt werden soll.

Auf die Ergebnisse sind alle Beteiligten schon heute gespannt. SOLSPEC selbst muss aber einem heißen Ende entgegensehen. Aus Kostengründen ist es bisher nicht geplant, das Experiment wieder auf die Erde zurückzubringen und wird nach erfüllter Mission einfach abgeschaltet. Genau wie beim Absturz der ersten amerikanischen Raumstation SKYLAB Ende der siebziger Jahre wird die Hardware zusammen mit der ausgedienten ISS in nicht allzu ferner Zukunft bei einem gesteuerten Wiedereintritt des riesigen Komplexes in der Atmosphäre unserer Erde verglühen.

Weitere Informationen:
Dr. Holger Mandel
Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Landessternwarte
Tel. 06221 541734
h.mandel@lsw.uni-heidelberg.de
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