Die HELIOS Mission

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Abbildung 1: Eine der Helios-Raumsonden

HELIOS

HELIOS war eine Deutsch-Amerikanische kooperative Wissenschafts-Mission. Die Starts fanden am 10. 12. 1974 und 15. 01. 1976 vom Kennedy Space Center, Florida mit einer TitanIIIE/Centaur-Raketenkombination statt. Die Sonden wurden in eine Umlaufbahn um die Sonne mit Annäherung an die Sonne bis auf 0,31 AU (HELIOS-1) und 0,29 AU (HELIOS-2) gebracht, was 46,5 bzw. 43,5 Mio km Abstand von der Sonne entspricht.

Es war geplant, die Sonden bis auf 50 Millionen km an die Sonne heranzuführen, was etwa ein Drittel des Abstandes der Erde zur Sonne ist. Die Sonden hatten die Form einer überdimensionalen Garnrolle, die an der Oberfläche abwechselnd mit speziellen Spiegeln und Solarzellen bedeckt waren. In jeder Sekunde machte Helios etwa eine Umdrehung um seine Achse, um die entstehende Hitze gleichmäßig zu verteilen. Trotzdem entstanden an der Oberfläche Temperaturen von mehreren hundert Grad. Beide Sonden arbeiteten gleichzeitig und lieferten eine Fülle von Meßdaten aus unterschiedlichen Postionen. Da die Experimente praktisch identisch waren, konnten durch den Vergleich der Daten zusätzliche Erkenntnisse gewonnen werden. Wider Erwarten überstanden die Sonden die „höllischen“ Bedingungen unbeschadet und sendeten selbst nach zehn Jahren (HELIOS-1) noch Daten zur Erde. Noch heute kreisen sie um die Sonne, etwa 190 Tage benötigen sie für eine Sonnenumrundung. Die Mission endete 1978 (Helios-2) bzw. 1986 (Helios-1).

Die wissenschaftlichen Ziele und Ausstattung von HELIOS

  • Erkundung der Sonne und ihres Einflusses auf den Weltraum
  • Erforschung von Sonnenwind, Magnetfeldern, energiereichen Teilchen, Staub und Mikrometeoriten
  • Entstehung und Ausbreitung der Beobachtungsobjekte in der sonnennahen Heliosphäre

Die Helios-Sonden waren mit je zehn Experimenten bestückt: Analysatoren für die Teilchen (Protonen, Alphateilchen, Elektronen) des Sonnenwinds, um die Geschwindigkeit, die Richtung und die Zahl der Teilchen zu beobachten (Experiment 1); zwei Magnetometer, mit denen das permanente Magnetfeld und seine langsamen Veränderungen gemessen werden konnten (Experimente 2 und 3); ein Magnetometer (Induktionsspulen-Magnetometer) zur Beobachtung schneller magnetischer Feldschwankungen (Experiment 4); eine Meßantenne mit angeschlossenen Radiowellen-Empfängern zur Beobachtung langsamer und schneller Schwankungen der elektrischen Feldstärke (Experiment 5); mehrere Teilchen-Teleskope zur Bestimmung der Anzahl, der Richtung und der Energie einfallender atomarer Teilchen mäßig hoher bis hoher Energie (kosmische Strahlung) (Experiment 6, 7 und 8); Helios 2 registriert mit einer zusätzlichen elektronischen Einrichtung auch Intensitätsschwankungen der sehr kurzwelligen Gamma-Strahlung; ein Monitor zur Beobachtung der Sonne im Licht der Röntgen-Strahlung (Experiment 7); drei Photometer zur Registrierung der Himmelhelligkeit in drei Richtungen (Zodiakallicht-Photometer) (Experiment 9); zwei Geräte zur Registrierung und Analyse auftreffender Staubpartikel (Experiment 10).

Die Experimente lieferten eine Unmenge von Meßergebnissen, deren Auswertung Wissenschaftler jahrelang beschäftigte. Die zahlreichen neuen Erkenntnisse über die Sonne und die Auswirkungen des Sonnenwindes füllen leicht ein ganzes Lehrbuch. Helios war in doppelter Weise eines der erfolgreichsten deutsch-amerikanischen Raumfahrtprojekte. Neben dem hohen wissenschaftlichen Nutzen lieferte es der neuen bundesdeutschen Raumfahrtindustrie die Möglichkeit, sich im Management von komplexen Programmen zu üben.

HELIOS machte das Sonnensystem zu einem physikalischen Laboratorium gigantischen Ausmasses, mit dem Phänomene untersucht werden konnten, die aus vielerlei Gründen der Laboruntersuchung auf der Erde nicht zugänglich waren und größtenteils sind. Da diese Prozesse der Beschleunigung und Ausbreitung geladener Teilchen auch in weit entfernten Bereichen des Weltraumes ablaufen, dort aber nicht beobachtet werden können, haben diese Messungen weitreichende astrophysikalische Bedeutung für die Entstehung und die Geschichte des Universums.

Der Kieler Beitrag

Mit an Bord von HELIOS 1 und ihrer Schwestersonde HELIOS 2 war auch ein Experiment der Universität Kiel, das von einer Arbeitsgruppe entwickelt wurde, die unter Leitung von Horst Kunow später der Abteilung Extraterrestrische Physik des Instituts für Experimentelle und Angewandte Physik angehörte. Das Kieler Experiment maß die kosmische Teilchenstrahlung, d.h. Elektronen, Protonen und schwererer Atomkerne, die auf der Sonne, im interplanetaren Raum bzw. außerhalb des Sonnensystems in der Galaxis beschleunigt werden und entlang von Magnetfeldlinien im Weltraum mit unvorstellbar hohen Geschwindigkeiten zwischen 13000 und 300000 km/s den Weg zum Messsystem von HELIOS gefunden haben.