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Hochauflösende Radiometer messen Sonneneruptionen

Bei Sonneneruptionen (Flares) werden enorme Massen an Plasma ausgestoßen, die auf der Erde zu atmosphärischen Störungen und auch zum Versagen von Kommunikations-, Navigations- und elektrischen Systemen führen können. Ein neues miniaturisiertes Mikrowellenradiometer, das für eine Weltraumplattform entwickelt wurde, soll Astronomen nun detaillierte Daten zu einem der gewaltigsten Phänomene im Sonnensystem liefern.

Grundlagenforschung

Aktuelle Bodenteleskope zur Beobachtung von Sonneneruptionen können Prognosen liefern, um die Erde besser vor solchen Auswirkungen zu schützen. Um jedoch auf allen räumlichen Skalen genauere Daten zur Sonne zu erhalten und Bodenbeobachtungen zu ergänzen, sind empfindlichere Empfänger gefragt, insbesondere im Submillimeterwellenbereich. Obwohl seit 2008 daran geforscht wird, Radiometer auf einem Siliziumchip unterzubringen, kamen derartige miniaturisierte Radiometer am Ka-Band für die Beobachtung von Sonneneruptionen noch nicht in Frage. Kostengünstige Mikro-, Nano- und Pico-Satelliten sollen nun wesentlich genauere quantitative Daten zur Sonnenaktivität im Mikrowellenbereich liefern. Das EU-finanzierte Projekt FLARES (System-on-chip millimeter-wave radiometers for space-based detection of solar flares) entwickelte daher Strahlungsmessgeräte für sehr niedrige Mikrowellenbereiche, die im Weltraum eingesetzt werden können. Die neuen Empfänger passen auf einen Siliziumchip und detektieren zuverlässig Flares, die etwa 100 Mal schwächer sind als mit herkömmlichen technischen Standardsystemen gemessen werden kann. Der Millimeterwellenanteil im Ka-Band ist eng an viele durch Sonneneruptionen ausgelöste Ereignisse gekoppelt, etwa der Korrelation zwischen Gammastrahlenemissionen und Flares bei 37 GHz. Das weltraumgestützte FLARES-Radiometer ist wesentlich leichter, kleiner und energieeffizienter, was für die Raumfahrt und insbesondere für Mikro-, Nano- oder Pico-Erdumlaufsatelliten von großer Bedeutung ist. In den Empfängerschaltkreis wurden weiterhin Kalibrierungsschaltungen, Wärmestabilisierungs- und Analog-Digital-Wandler integriert. Das Mikrowellenmessgerät eignet sich auch zur Detektion von Sonneneruptionen in anderen Frequenzbereichen und ist eine deutliche Verbesserung gegenüber bisherigen bodengestützten Instrumenten zur Beobachtung von Sonneneruptionen. Es bietet sich auch als Grundlage für weitere Entwicklungen zur Beobachtung von Flares im ein- und zweidimensionalen Bereich an, wenn es in Fokalebenen-Arrays in System-auf-Chip-Radiometern kombiniert wird.

Schlüsselbegriffe

Radiometer, Strahlenmessgerät, Sonneneruption, Mikrowelle, FLARES, System-on-Chip 

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