Wie jagt der moderne Satellit „Kuafu“ der Sonne hinterher?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Wang Zheng

Hersteller: China Science Expo

Am 9. Oktober 2022 um 7:43 Uhr startete mein Land den Satelliten „Kuafu-1“ erfolgreich mit der Trägerrakete Langer Marsch 2D vom Satellitenstartzentrum Jiuquan und erreichte erfolgreich die vorgegebene Umlaufbahn.

Die Startszene von Kuafu-1

(Fotoquelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

Bei einem Namen wie Kuafu können sich Freunde leicht an eine unserer mythologischen Geschichten erinnern – Kuafu jagt der Sonne hinterher.

Kuafu in der Mythologie

Der Mythologie zufolge lebte in der Antike eine Gruppe von Riesen mit enormer Kraft, und ihr Anführer hieß „Kuafu“. In einem Jahr war das Wetter extrem heiß. Die sengende Sonne schien direkt auf die Erde, verbrannte die Ernte, versengte die Bäume und trocknete die Flüsse aus. Die sengende Hitze war unerträglich und die Menschen des Kuafu-Stammes starben einer nach dem anderen. Als Kuafu den Schmerz seines Volkes sah, beschloss er, die Sonne einzufangen und das Leben aller wieder in Ordnung zu bringen.

Kuafu jagte der Sonne bis zu dem Ort nach, an dem die Sonne unterging. Nachdem er so lange gerannt war und von der Sonne gebacken worden war, hatte er Durst und wollte Wasser trinken. Er trank das Wasser aus dem Gelben Fluss und dem Wei-Fluss, aber das Wasser aus diesen beiden Flüssen reichte nicht aus, um seinen Durst zu stillen, also machte er sich auf den Weg, um Wasser aus dem großen See im Norden zu trinken. Kuafu verdurstete jedoch auf halbem Weg, bevor er den großen See erreichte. Nach seinem Tod wurde der Spazierstock in seiner Hand zurückgelassen und in einen Pfirsichgarten umgewandelt. Der Pfirsichgarten ist das ganze Jahr über üppig, spendet Passanten Schatten und die frischen Pfirsiche, die er hervorbringt, löschen den Durst hart arbeitender Menschen.

Der Originaltext dieser Geschichte stammt aus dem Klassiker der Berge und Meere: Überseeischer Nordklassiker: „Kuafu jagte der Sonne nach und betrat sie. Er war durstig und wollte trinken. Er trank aus dem Gelben Fluss und dem Wei-Fluss. Das Wasser reichte nicht, also ging er nach Norden, um aus dem Großen See zu trinken. Bevor er den See erreichte, verdurstete er unterwegs. Er warf seinen Stab weg, der sich in einen Wald verwandelte.“

Kuafu jagt der Sonne nach

(Bildquelle: Lehrbuchscan)

In der mythologischen Geschichte wird „Kuafu“ als eine Person beschrieben, die der Sonne nachjagt, was den starken Wunsch und den hartnäckigen Willen der alten Menschen widerspiegelt, die Natur zu erforschen. Daher ist die Verwendung dieses Namens durch den Menschen für Raumfahrzeuge, die die Sonne beobachten und erforschen, von großer kultureller Bedeutung.

Das echte „Kuafu“ – Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S)

Gegenstand dieses Artikels ist der Satellit Kuafu-1 und die Einheit, in der der Autor arbeitet, ist die federführende Einheit.

Der wissenschaftliche Name dieses Satelliten lautet Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S). Er wurde bereits 2011 von chinesischen Wissenschaftlern unabhängig vorgeschlagen. Mit Unterstützung des Space Science Pioneer Project der Chinesischen Akademie der Wissenschaften wurden an ASO-S Voruntersuchungen, Hintergrundmodelluntersuchungen und eine umfassende Demonstration durchgeführt. Ende 2017 wurde es von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften als formelles Projekt genehmigt und schließlich entwickelt und eingeführt. Die uns bekannten Satelliten wie „Wukong“, „Mozi“, „Hui Yan“, „Practice 10“, „Tai Chi 1“ und „Huairou 1“ wurden alle mit Unterstützung dieses Pilotprojekts entwickelt.

Der Name „Kuafu“ wurde tatsächlich für Chinas Plan zur Sonnenbeobachtung verwendet – die „Kuafu-Mission“, die 2003 von Akademiker Tu Chuanyi von der Peking-Universität vorgeschlagen wurde. Leider wurde der Plan letztendlich nicht umgesetzt. Ursprünglich war geplant, das Kuafu-Projekt alle 11 Jahre im Jahr mit der höchsten Sonnenaktivität (2012–2014) zu starten und die Sonnenaktivität zu erfassen. Auch der Satellit ASO-S verfolgt diese Absicht. Er zielt auf das Spitzenjahr der 25. Woche der Sonnenaktivität ab, die wir derzeit erleben, und soll einen Durchbruch bei der umfassenden Sonnensatellitenerkennung meines Landes erzielen.

Was ist der Durchbruch? ASO-S ist ein Wissenschaftssatellit, dessen wissenschaftliche Ziele sich wie folgt zusammenfassen lassen: „Ein Magnet und zwei Stürme“ – „Ein Magnet“ bezieht sich auf das solare Magnetfeld. Die Sonne hat ein Magnetfeld wie die Erde und es ist sogar stärker als das Magnetfeld der Erde. Die Sonnenprotuberanzen, Sonnenflecken usw. auf der Sonne hängen alle mit ihrem Magnetfeld zusammen. „Zwei Stürme“ beziehen sich auf die beiden heftigsten explosiven Phänomene auf der Sonne, nämlich Sonneneruptionen und koronale Massenauswürfe. Flares sind grelle Lichtpunkte auf der Sonne, und „koronale Massenauswürfe“ beziehen sich auf den großflächigen Auswurf von Materie aus der äußeren Schicht der Sonne, der sogenannten „Korona“, in den Weltraum, wenn die Sonne explodiert. Die Forschung von ASO-S zur Sonne ist vielschichtig und umfasst insbesondere die Beobachtung und Untersuchung des solaren Magnetfelds, den Ursprung von Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen sowie den möglichen kausalen Zusammenhang zwischen diesen drei Themen.

Die Sonne unter 171Å (17,1 nm) Strahlungsbildgebung, Flares und koronale Massenauswürfe sind zu sehen

(Bildquelle: US Solar Dynamics Observatory SDO)

Was den Namen von ASO-S betrifft, so hat die Abteilung für Satellitentechnik im Juli 2022 im ganzen Land Namen eingeholt und mehr als 25.000 Vorschläge gesammelt, von denen ein Drittel den Namen „Kuafu“ vorschlug. Schließlich wurde „Kuafu-1“ als Name des Satelliten gewählt. Man kann sagen, dass das Kuafu-Projekt, dessen Umsetzung zuvor gescheitert war, in dieser neuen Serie von Sonnenbeobachtungssatelliten wiedergeboren wurde.

Wie erkennt dieser Satellit die Sonne?

Wir wissen, dass der Satellit Kuafu-1 der Menschheit durch Beobachtungen und Forschungen zum Sonnenmagnetfeld, zu Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen hilft, die Sonne besser zu verstehen. Es handelt sich jedoch lediglich um einen Satelliten, der die Erde umkreist. Wie kann es diese Dinge auf der Sonne erkennen?

Zunächst nimmt der Satellit „Kuafu-1“ eine sonnensynchrone Morgen- und Abendumlaufbahn mit einer Höhe von etwa 720 Kilometern und einer Umlaufdauer von etwa 99 Minuten ein. Der sogenannte sonnensynchrone Betrieb beruht darauf, dass der Satellit während seines Fluges der ungleichmäßigen Schwerkraft der Erde ausgesetzt ist und sich die Umlaufbahn langsam dreht. Aus der Perspektive des Universums fliegt es einerseits um die Erde und folgt der Erdumlaufbahn um die Sonne, andererseits rotiert auch die Orbitalebene um die Sonne, wobei diese Ebene immer der Sonne zugewandt bleibt.

Wir haben gehört, dass der Mond der Erde immer mit seiner Vorderseite zugewandt ist und die Rückseite nie sichtbar ist. Dasselbe gilt für die sonnensynchrone Umlaufbahn des Satelliten, ähnlich wie bei der Vorder- und Rückseite eines Spiegels, wobei immer nur eine Seite der Sonne zugewandt ist. Die Umlaufbahn des Satelliten Kuafu-1 verläuft entlang der Terminatorlinie der Erde, wodurch er fast das ganze Jahr über Sonnenlicht empfängt. Nur etwa zweieinhalb Monate lang, von Mitte Mai bis August, gibt es Schatten, wobei die längste Schattendauer 18 Minuten pro Tag beträgt. Daher kann es die Sonne fast ständig beobachten.

Was beobachtet es also? Dann lassen Sie uns über die Ladung sprechen. Der Satellit Kuafu-1 ist mit einem Vollscheiben-Vektor-Magnetoimager (Magnetoimager), einem Lyman-Alpha-Sonnenteleskop und einem Solar-Röntgenbildgeber ausgestattet.

Das Magnetfeld ist eine unsichtbare und nicht greifbare Substanz, aber tatsächlich erhält man nach der „Polarisation“ des Sonnenlichts in Bereichen ohne Magnetfelder zwei monochrome Bilder gleicher Helligkeit und in Bereichen mit Magnetfeldern zwei Bilder unterschiedlicher Helligkeit. Je stärker das Magnetfeld, desto größer ist der Helligkeitsunterschied zwischen den beiden Bildern. Daher besteht der Vollscheiben-Vektormagnetograph des Satelliten „Kuafu-1“ aus drei Funktionsblöcken: einem optischen Abbildungssystem, einem optischen Polarisationssystem und einem System zur Datenerfassung und -verarbeitung. Im herkömmlichen Beobachtungsmodus wird die Beobachtung einer einzelnen Magnetfeldkomponente durch 128 × 2 Bildrahmen abgeschlossen und ein Satz vektorieller magnetischer Karten dauert 2 Minuten. Auf diese Weise werden Informationen über das solare Magnetfeld gewonnen.

Solares Vektormagnetogramm eines vom Huairou Solar Observatory des Nationalen Astronomischen Observatoriums der Chinesischen Akademie der Wissenschaften beobachteten Gebiets

Weiß und Schwarz stellen die positiven und negativen Magnetfelder dar, und blaue und rote Pfeile stellen die transversalen Magnetfelder mit positiver bzw. negativer Polarität dar.

(Bildquelle: Offizielle Website des Advanced Space-based Solar Observatory)

„Lyman-Alpha“ (Lyα) ist ein Strahlungsband. Die solare Lyman-Alpha-Emissionslinie ist die stärkste Emissionslinie im solaren Ultraviolettspektrum. Frühe Studien zeigten, dass diese Spektrallinie bei Sonneneruptionen eine deutliche Strahlungsverstärkung aufwies. Später entdeckten Wissenschaftler, dass sich damit die Eigenschaften der äußeren Chromosphäre, der Korona usw. der Sonne gut charakterisieren ließen. Der Lyman-Alpha-Vollscheiben-Imager von Kuafu-1 führt Bildbeobachtungen der Sonne vom Zentrum der Scheibe bis zu 1,2 Sonnenradien in einem Wellenlängenband (121,6 ± 4,5 nm) in Zeitintervallen von 4 bis 40 Sekunden durch, was uns helfen kann, das Geheimnis der Sonne zu lüften.

Bei körperlichen Untersuchungen verwenden wir manchmal „Röntgenstrahlen“ mit hoher Durchdringungskraft, um Bilder aufzunehmen und das Körperinnere zu untersuchen. „Harte Röntgenstrahlen“ sind Röntgenstrahlen mit höherer Energie und einer Wellenlänge zwischen 0,01 nm und 0,1 nm (wenn die Wellenlänge größer als 0,1 nm ist, spricht man von weichen Röntgenstrahlen). Harte Röntgenstrahlen sind ebenfalls eine wichtige Strahlungsart der Sonne und viele Aktivitäten auf der Sonne lassen sich mithilfe harter Röntgenstrahlen besser beobachten. Daher wird die Fotografie der Sonne durch den Solar Hard X-ray Imager auch bei der Untersuchung von Aktivitäten wie Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen hilfreich sein.

Mit diesen drei Instrumenten kann der Satellit Kuafu-1 Sonneneruptionen aus mehreren Blickwinkeln erfassen. Dies wird dazu beitragen, die wissenschaftlichen Grundlagen der Sonnenaktivität zu erforschen, das Weltraumwetter besser vorherzusagen und die Sicherheit der Weltraumumgebung meines Landes zu gewährleisten.

Das Sternenmeer über unseren Köpfen ist seit jeher die Sehnsucht der Menschheit. Die Geschichte von „Kuafu“, der der Sonne nachjagt, zeigt uns, dass die Menschheit auf ihrem langen Weg der Erforschung des Weltraums und der Natur nie Halt gemacht hat.

Herausgeber: Sun Chenyu