Sternengeschichten   /     Sternengeschichten Folge 537: Die Helios-Raumsonden

Description

Bis 1974 haben nur die USA und die UdSSR erfolgreich Raumsonden ins All geschickt. Das dritte Land, dass dann dazu kam, war die Bundesrepublik Deutschland. Wie erfolgreich die deutschen "Helios"-Sonden waren, erfahrt ihr in der neuen Folge der Sternengeschichten. Wer den Podcast finanziell unterstĂŒtzen möchte, kann das hier tun: Mit PayPal (https://www.paypal.me/florianfreistetter), Patreon (https://www.patreon.com/sternengeschichten) oder Steady (https://steadyhq.com/sternengeschichten)

Subtitle
Rekordhalter aus Deutschland
Duration
735
Publishing date
2023-03-10 06:00
Link
https://sternengeschichten.podigee.io/537-sternengeschichten-folge-537-die-helios-raumsonden
Contributors
  Florian Freistetter
author  
Enclosures
https://audio.podigee-cdn.net/1041216-m-8fd69eb717fde04931229e245b246581.mp3?source=feed-scienceblogs
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Shownotes

Rekordhalter aus Deutschland

Sternengeschichten Folge 537: Die Helios-Raumsonden

1957 flog mit Sputnik der erste kĂŒnstliche Satellit ins Weltall. Und auch wenn es vermutlich alle wissen sage ich trotzdem noch einmal dazu, dass ein Satellit ein Objekt ist, das die Erde umkreist. Was insofern wichtig ist, weil wir uns in dieser Folge mit Raumsonden beschĂ€ftigen wollen. Und ein Satellit ist keine Raumsonde. Eine Raumsonde ist ein Raumfahrzeug, dass das Schwerefeld der Erde verlassen hat. Dazu muss es in Bezug auf die Erde schneller als 11,2 Kilometer pro Sekunde unterwegs sein. Das ist die sogenannte Fluchtgeschwindigkeit, alles was langsamer ist umkreist - wie eben ein Satellit - die Erde, aber kommt nicht weiter weg. Die erste erfolgreiche Raumsonde der Welt war Luna 1, mit der die Sowjetunion den Mond erreichen wollte, aber leider nicht ganz erreicht hat. Aber Luna 1 ist trotzdem am 4. Januar 1959 am Mond vorbeigeflogen und war damit definitiv die erste Raumsonde. Und ebenso definitiv nicht die letzte. Kurz nach Luna 1, im MĂ€rz 1959 waren die USA das erste Mal mit Pioneer 4 erfolgreich und dann folgten jede Menge andere Raumsonden die mal von der Sowjetunion und mal von Amerika gestartet wurden. Vor allem damals zum Mond, aber in den 1960er Jahren auch schon zur Venus und zum Mars. Zu Beginn der 1970er Jahren machte man sich dann auch auf den Weg zu Jupiter und Saturn - aber Raumfahrt und der erfolgreiche Start von Raumsonden war bis dahin eine Sache der beiden WeltmĂ€chte USA und UdSSR. Erst 1974 kam ein drittes Land ins Spiel: Die Bundesrepublik Deutschland mit den Helios-Sonden.

Schon 1966 haben der damalige westdeutsche Bundeskanzler Ludwig Erhard und der amerikanische PrĂ€sident Lyndon B. Johnson vereinbart, dass man gemeinsam eine Mission zur Erforschung des Weltraums starten wĂŒrde. Auf Seiten der USA sollte natĂŒrlich die NASA die entsprechende Planung durchfĂŒhren; in Deutschland war die erst 1969 gegrĂŒndete Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt fĂŒr Luft- und Raumfahrt (DFVLR) verantwortlich, die Organisation aus der das heutige Deutsche Zentrum fĂŒr Luft- und Raumfahrt (DLR) hervorgegangen ist. Und im Juni 1969 wurde die Zusammenarbeit auch offiziell beschlossen. Zwei Raumsonden sollten gebaut werden, deren Ziel kein Planet war, sondern der damals noch recht unerforschte Weltraum zwischen Sonne und Erde. Man wollte nĂ€her an die Sonne fliegen als je zuvor und schauen, was in der NĂ€he unseres Sterns so alles passiert.

Deutschland sollte 70% der Mission ĂŒbernehmen, unter anderem den kompletten Bau der Raumsonden. Die Raketen wĂŒrden von der USA kommen, ebenso wie ein Teil der Infrastruktur zur Kommunikation mit den Raumfahrzeugen. Der Name fĂŒr die Mission wurde passend vom griechischen Sonnengott ausgeliehen: Helios.

Auf den ersten Blick waren die beiden Helios-Sonden fast identisch. Helios-A hatte ein Gewicht von 370 Kilogramm, Helios-B war mit 376,5 Kilogramm nur wenig schwerer. Aussehen tun beide wie ĂŒberdimensionale Garnrollen. Zieht man die Antennen ab, dann waren beide Sonden knapp ĂŒber 2 Meter hoch und an der dicksten Stelle 2,77 Meter breit. Da das Ziel die Erforschung der Sonne war, musste man natĂŒrlich darauf achten, dass die Sonden nicht zu heiß werden. Dazu hat man sie mit spiegelnden Reflektoren bestĂŒckt und auch noch Radiatoren eingebaut, die die aufgenommene WĂ€rme möglichst schnell wieder abgeben können. Außerdem sollten die Sonden sich spĂ€ter im All sehr schnell um ihre eigene Achse drehen, mit einer Umdrehung pro Sekunde, damit die WĂ€rme möglichst gleichmĂ€ĂŸig aufgenommen und abgegeben werden kann.

Aber lassen wir mal die reine Raumfahrttechnik beiseite und schauen auf die Wissenschaft. Denn die beiden Sonden hatten natĂŒrlich auch jede Menge wissenschaftliche Instrumente an Bord. Zum Beispiel einen Detektor um Elektronen, Protonen und andere Teilchen zu messen. Damit wollte man mehr ĂŒber den Sonnenwind rausfinden. Die Sonne gibt ja nicht nur Licht ab, sondern schleudert auch jede Menge Teilchen aus ihren Ă€ußeren Gasschichten ins All. Das ist der Sonnenwind und die Helios-Sonden sollten messen, wie viel davon wo zu finden ist. Enstprechende Messungen wurden minĂŒtlich gemacht, um ein möglichst detailiertes Bild zu bekommen. Ein Magnetometer war mit dabei, dass die StĂ€rke und Richtung des Sonnenmagnetfeldes gemessen hat; man hatte ein Instrument dabei um die kosmische Strahlung zu detektieren. Die Erforschung von Sonnenwind und des Magnetfeldes im sonnennahen Weltraum waren zwei wichtige Forschungsfelder der Helios-Mission, aber nicht die einzigen. Man war auch am Staub interessiert, der da zwischen Sonne und Erde rumflog. Deswegen war zum Beispiel das "Zodiacal light instrument" an Bord, also ein Instrument das die Helligkeit des Zodiakallichts messen konnte (davon habe ich in Folge 97 mehr erzĂ€hlt). Der interplanetare Staub reflektiert ja einen Teil des Sonnenlichts und wenn man diese Helligkeit kennt, kann man berechnen, wo und wieviel Staub im Weltraum zu finden ist. Außerdem gab es auch noch ein GerĂ€t an Bord, das direkt vor Ort Mikrometeoriten untersuchen kann. Wenn die winzigen Staubkörner im Weltall auf die Sonde treffen - bzw. auf den Teil der Sonde, wo das entsprechende Instrument sitzt, dann konnte man damit die Masse der Körner bestimmen. Insgesamt waren auf jeder Helios-Sonde zehn wissenschaftliche Instrumente (sieben aus Deutschland und drei aus den USA) und dann gab es noch zwei Experimente, bei denen die Sonden selbst als Instrument verwendet worden sind. Aus der genauen Analyse der Bewegung der Sonden wollte man zum Beispiel die genaue Masse des Merkur bestimmen. Und dann wollte man noch ein bisschen was ĂŒber die Sonnencorona herausfinden, also die Ă€ußerste, extrem dĂŒnne und extrem heiße Schicht der SonnenatmosphĂ€re. Wenn die Helios-Sonden da durch fliegen und ihre ĂŒblichen Radiosignale zur Erde schicken, dann sorgt das Material der Sonnencorona fĂŒr VerĂ€nderungen im Signal, die man entsprechend analysieren kann.

Soweit die Wissenschaft, aber bevor man irgendwas messen kann, mĂŒssen die Sonden ins Weltall. Helios-A startete am 10. Dezember 1974 von Cape Canaveral aus und alles lief super, zumindest grĂ¶ĂŸtenteils. Und nach dem Start hat man die Sonden ĂŒbrigens von A und B auf 1 und 2 umbenannt. Es war also jetzt Helios 1, die auf eine Umlaufbahn um die Sonne geflogen wurde, wo sie fĂŒr eine Runde 192 Tage brauchte. Dabei kam sie unserem Stern auf 46,5 Millionen Kilometer nahe. Das ist ungefĂ€hr der Abstand, den auch der sonnennĂ€chste Planet Merkur zur Sonne hat. Man hatte zwar ein paar Probleme mit der Kommunikation, weil eine der beiden Antennen von Helios 1 sich nicht korrekt ausrichten ließ. Aber das bekam man halbwegs in den Griff. Im Februar 1975 kam Helios 1 der Sonne nĂ€her als jedes andere Raumfahrzeug zu dieser Zeit, der Abstand betrug nur noch 46,2 Millionen Kilometer. Und man stellte fest: Es wird zwar heiß, aber die Raumsonde wird nicht so enorm heiß, wie man eigentlich gedacht hatte. Das waren gute Nachrichten, besonders fĂŒr Helios 2. Schlauerweise hat man beide Sonden nicht gleichzeitig gestartet sondern erst einmal abgewartet, was Helios 1 so treibt, bevor man Helios 2 ins All fliegt. Denn jetzt konnte man mit den Erkenntnissen aus der ersten Mission die zweite Sonde ein wenig verbessern. Zum Beispiel hat man noch ein wenig an der Antenne nachgebessert und die Genauigkeit von ein paar Instrumenten erhöht. Und weil Helios 1 kĂŒhler geblieben ist als gedacht, hat man sich dafĂŒr entschieden, Helios 2 noch ein StĂŒck nĂ€her an die Sonne zu fliegen. Start fĂŒr Nummer 2 war am 10. Januar 1976 und auf ihrer Umlaufbahn kam die Sonde bis auf 43,5 Millionen Kilometer an die Sonne heran.

UrsprĂŒnglich waren beide Sonden fĂŒr eine Missionsdauer von 18 Monaten gebaut. Aber sie haben deutlich lĂ€nger funktioniert. Erst im MĂ€rz 1980, also vier Jahren nach dem Start ist die Kommunikation mit Helios 2 abgebrochen; Helios 1 hat sogar bis 1986 durchgehalten. Und in dieser Zeit haben die Sonden jede Menge herausgefunden. Zum Beispiel, dass da deutlich mehr interplanetarer Staub herumfliegt, als man bisher gedacht hatte. Man konnte zum ersten Mal Helium-Atome im Sonnenwind nachweisen. Man bekam ein deutlich besseres VerstĂ€ndnis fĂŒr die SonnenaktivitĂ€t. Die Sonne schleudert ja nicht immer gleich viel Material ins All; der Sonnenwind ist nicht immer gleich stark. Die AktivitĂ€t Ă€ndert sich mit einer Periode von circa 11 Jahren und die Helios-Mission ĂŒberdeckte fast den kompletten AktivitĂ€tszyklus, ausgehend vom Minimum im Jahr 1976. Zwischendurch war auch noch Zeit, ein paar Kometen zu beobachten die 1975, 1976, 1978 und 1979 nahe an der Sonne vorbeigeflogen sind, wobei man zum Beispiel untersuchen konnte, welche Auswirkungen der Sonnenwind auf die Kometenschweife hat.

Die erste Raumsondenmission an der nicht ausschließlich die USA oder die UdSSR beteiligt war, war also durchaus erfolgreich. Die Helios-Sonden haben Rekorde gesetzte, die lange Zeit nicht gebrochen wurden. Helios 2 hatte den Rekord fĂŒr die grĂ¶ĂŸte AnnĂ€herung an die Sonne bis zum Jahr 2018, da ist dann die Parker Solar Probe der NASA bis auf 43,4 Millionen Kilometer an die Sonne geflogen. Beide Helios-Sonden waren bis 2018 auch die schnellsten Raumsonden, die je durchs All geflogen sind. Im Vergleich zur Sonne waren sie mit 70 Kilometer pro Sekunde unterwegs und auch hier war es die Parker Solar Probe, die diesen Rekord mit 163 Kilometer pro Sekunde gebrochen hat. Es ist ĂŒbrigens kein Zufall, dass alte und neuer Rekordhalter Sonnenforschungssonden sind. Man muss schnell sein, wenn man sich der Sonne nĂ€hert; je nĂ€her man ihr kommt, desto stĂ€rker ist die Anziehungskraft und desto schneller muss man sein, wenn man sich auf einer Umlaufbahn halten will.

Die Helios-Sonden waren nicht so spektakulĂ€r wie die Apollo-FlĂŒge zum Mond, die davor stattgefunden haben und angesichts der spektakulĂ€ren Missionen der Gegenwart mit all ihrem Medienrummel fĂ€llt es leicht, die Raumfahrt der 1970er Jahre aus den Augen zu verlieren. An die Helios-Mission kann man sich aber durchaus erinnern. Es war eine wichtige Mission - und auch wenn wir sie nicht mehr erreichen können, fliegen beide Raumsonden auch heute noch um die Sonne herum.