Der letzte Tanz des Clusters

Was macht unseren Planeten bewohnbar?

Neben dem Vorhandensein von flüssigem Wasser auf seiner Oberfläche, einer schützenden Atmosphäre oder der Stabilität des Mondes gibt es einen oft übersehenen Helden: die Magnetosphäre. Dieses mächtige, unsichtbare Schild schützt uns vor dem ständigen Bombardement geladener Teilchen von der Sonne und aus dem Weltraum. Ohne sie wäre das Leben auf der Erde, nun ja ... ziemlich kompliziert.

Um die Magnetosphäre effektiv zu erforschen, muss man jedoch über unsere Atmosphäre hinausgehen. Hier kommt eine einzigartige Weltraummission ins Spiel: Cluster.

Tanz im Raum

Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat eine noch nie dagewesene Mission konzipiert: vier identische Satelliten, die an den Spitzen eines Tetraeders platziert wurden, dessen Rand von einigen wenigen bis zu zehntausend Kilometer variieren kann. Diese Konfiguration würde die Untersuchung von Phänomenen in der Magnetosphäre auf verschiedenen Skalen ermöglichen, von elektrischen Strömen, Plasmagradienten und der Divergenz des Elektronendrucktensors bis hin zu dreidimensionalen Strukturen wie Grenzflächen, Stoßwellen und magnetischen Wirbeln.

Das Bild einer präzisen Choreographie um unseren Planeten hatte etwas mit der Namenswahl für die Satelliten zu tun: Rumba, Tango, Salsa und Samba.

Die Missionsanalyse ergab, dass Cluster eine polare, stark exzentrische Umlaufbahn mit einem Apogäum von 4 Erdradien und einem Perigäum von 20 Radien aufweist und trägheitslos zur Sonne ausgerichtet ist, so dass in der geplanten zweijährigen Missionsdauer die gesamte Magnetosphäre zweimal untersucht werden kann.

Die Wiedergeburt des Balletkorps

Der erwartete wissenschaftliche Nutzen der Cluster-Mission war jedoch so groß, dass die ESA zustimmte, sie aus der Asche wieder auferstehen zu lassen: Die technischen Teile der früheren Satelliten wurden in einen neuen integriert, und die Industrie wurde beauftragt, drei weitere zu bauen.

So wurde Cluster im Jahr 2000 „zum zweiten Mal“ gestartet, diesmal an Bord von zwei russischen Sojus-Raketen. 

Unermüdlich haben die vier Tänzerinnen die zweijährige Entwicklungszeit überstanden, und dank der Geschicklichkeit der Kontrollteams beim Sparen von Treibstoff und bei der Überwindung von Schwierigkeiten wie der Degeneration der Batterien (die letzte funktionierte nach neun Jahren im Weltraum nicht mehr) haben sie eine 24-jährige Missionsdauer erreicht!

Statt der geplanten zwei Umlaufbahnen um unseren Stern hat Cluster die Magnetosphäre und ihre Wechselwirkung mit ihm über zwei vollständige Sonnenzyklen hinweg untersucht und dabei mit anderen Weltraummissionen von Agenturen wie der ESA, der NASA, der JAXA und dem CAS zusammengearbeitet. Das Ergebnis sind etwa 3750 wissenschaftliche Veröffentlichungen, darunter etwas mehr als 30 in Nature oder Science und 122 Doktorarbeiten.

Das Ende einer Ära

Leider geht alles einmal zu Ende.

Am 8. September um 18:47 UTC hat die ESA Salsa im unbewohnten Gebiet im Südpazifik niedergehen lassen, in dem so der kontrollierte Wiedereintritt des ersten Cluster-Satelliten stattfand, der seinen Betrieb eingestellt hat.

Bemerkenswert ist, dass es zum Zeitpunkt des Starts von Cluster keine Richtlinien für die Umlaufbahn verlassende Satelliten gab. Ein Wiedereintritt war beim Bau offensichtlich nicht geplant. Dennoch geht das Ende von Salsa weit über die derzeitigen Richtlinien hinaus, die keinen kontrollierten Eintritt in die Atmosphäre verlangen. In der Tat ist Salsa der erste wiedereintretende Satellit mit einer stark elliptischen Umlaufbahn.

Im Januar wurde das notwendige Manöver durchgeführt, damit Salsa Monate später die 80-km-Grenze unterschreitet, an der es durch Reibung zu zerfallen beginnt und schließlich zerstört wird, was oberhalb des vorgesehenen Punkts geschehen sollte.

Die Präzision dieser Operation war so hoch, dass Flugzeuge geschickt wurden, um den Wiedereintritt von unten zu beobachten. Denn dies ist ein weiterer Meilenstein dieser Operation: die seltene Gelegenheit, den Wiedereintritt von vier identischen Satelliten unter leicht unterschiedlichen Bedingungen zu untersuchen, was wertvolle Ergebnisse für das Ziel der ESA liefern wird, Satelliten zu bauen, die in Zukunft „null Abfall“ produzieren.

Die anderen drei Satelliten haben die Datenerfassung eingestellt und befinden sich im so genannten Erhaltungsmodus: Der Wiedereintritt von Rumba findet im Jahr 2025, der von Samba und Tango im Jahr 2026 statt.

Damit geht die langlebige und außergewöhnliche Cluster-Mission zu Ende. Die von den vier Tänzern gesammelten Daten werden jedoch noch viele, viele Jahre lang der Wissenschaft dienen und zum Wissen über den magnetischen Schutzschild unserer Heimat beitragen.

Autor: Juan Carlos Gil