Ein Benchmark-Datensatz bringt die Heliosphärenforschung voran

Im Mittelpunkt des Projekts HELCATS (Heliospheric Cataloguing, Analysis and Techniques Service) stehen koronale Massenauswürfe (coronal mass ejections; CMEs) – gewaltige Strukturen aus Plasma und magnetischen Feldern, die von der Sonne ausgestoßen werden und in den interplanetaren Raum ausbreiten – sowie korotierende Interaktionsregionen (Co-rotating interaction regions; CIRs) – riesige Schwaden aus komprimiertem Plasma und magnetischen Feldern, die sich in Bereichen bilden, in denen schneller Sonnenwind langsameren Sonnenwind einholt.

HELCATS kombiniert die heliosphärische Abbildung dieser Strukturen mit Beobachtungen von deren Ursprungsbereichen auf der Sonne und deren detaillierten Signaturen, die mit Raumsonden an verschiedenen Orten im ganzen Sonnensystem gemessen werden (auch in der Nähe der Erde), sowie mit ergänzenden Beobachtungen, bei denen beispielsweise Funkverfahren zum Einsatz kommen, um eine nie dagewesene Sammlung aufeinander abgestimmter Kataloge zu erarbeiten.

Prof. Richard Harrison, Koordinator des Projekts und leitender Wissenschaftler am Rutherford Appleton Laboratory des STFC, spricht über die Ergebnisse und die zu erwartenden langfristigen Auswirkungen des Projekts.

Warum haben Sie sich entschlossen, Ihre Forschung auf CMEs und CIRs zu konzentrieren?

Die Mitglieder unseres Konsortiums erkannten, dass es für uns unerlässlich war, unser Fachwissen zu bündeln, um das komplexe Verhalten des Sonnenwinds einschließlich von CMEs und CIRs verstehen zu können. CMEs sind zudem die treibenden Kräfte von potenziell schädlichen Auswirkungen auf die Erde (durch sogenanntes Weltraumwetter), insbesondere dann, wenn sie gleichzeitig mit anderen CMEs oder sogar CIRs auftreten. Daher ist unsere Forschungsarbeit nicht nur wissenschaftlich interessant, sondern auch von hoher gesellschaftlicher Bedeutung.

Unsere Gruppe am Rutherford Appleton Laboratory bedient die Instrumente des Heliospheric Imager (HI), die sich an Bord der Raumsonden des Projekts NASA STEREO befinden. Die Signaturen aus sichtbarem Licht von sowohl CMEs als auch CIRs lassen sich durch Beobachtung der Heliosphäre erkennen, während sich diese Strukturen von der Sonne entfernen, möglicherweise in Richtung der Erde. HELCATS war nicht zuletzt darauf ausgerichtet, auf die HI-Daten aufmerksam zu machen und ihre Nutzung zu fördern, und das gleiche Ziel besteht für die Ergebnisse einer Vielzahl von Modellierungsverfahren, die zur Anwendung dieser Daten entwickelt wurden. Um dies zu erreichen, bietet sich die Bereitstellung einer Auswahl von aufeinander abgestimmten Katalogen an, welche die HI-Daten mit anderen ergänzenden Datensätzen kombinieren.

Warum sind die in HELCATS entwickelten Kataloge so wichtig? Zu welchen Fortschritten könnten sie führen?

Die HELCATS-Kataloge sind einzigartig. Sie enthalten die erste langfristige Aufzeichnung von CMEs und CIRs in der Heliosphäre – bei Abdeckung eines vollen Sonnenzyklus – sowie Verzeichnisse zu einhergehenden In-situ-Ereignissen, die nahe der Erde und an anderen Orten erfasst wurden, und Informationen zu der gleichzeitig festgestellten Aktivität nahe und auf der Sonnenoberfläche. Diese Kataloge werden uns ein ganzheitliches Verständnis von der Entwicklung solarer Strukturen eröffnen, die sich von der Sonne bis zur Erde oder zu anderen Planeten bewegen.

Wissenschaftliche Forschungsarbeiten werden noch viele Jahre lang von diesen Ressourcen profitieren können. Wie bereits erwähnt werden die Kataloge die Validierung neuartiger Modellierungsverfahren ermöglichen, was sowohl dafür entscheidend ist, die hinter dem Sonnenwind stehenden Vorgänge zu verstehen, als auch um sich auf die durch das Weltraumwetter drohenden Schäden vorzubereiten und diese abzumildern.

Was sind Ihrer Ansicht nach die wichtigsten Erkenntnisse, die im Projekt gesammelt wurden?

Einer der wichtigsten Aspekte von HELCATS ist, dass in diesem Projekt Kataloge auf Basis verschiedenster Datensätze – die sich sowohl auf physikalische Beobachtungen als auch auf Modellierungsergebnisse beziehen – aus vielen unterschiedlichen Disziplinen vereinigt werden. Durch einen sorgfältigen und gründlichen Vergleich der Kataloge können verschiedene auf der Sonne entstehende Strukturen mit Wirkungen auf die Erde und andere Planeten in Verbindung gebracht werden. Erst durch diese ganzheitliche Herangehensweise werden die Projektergebnisse so wertvoll, und in ihr besteht meiner Ansicht nach der größte Erfolg, da sie neue wissenschaftliche Fortschritte möglich macht.

Welche Auswirkungen für die wissenschaftliche Gemeinschaft erhoffen Sie sich durch HELCATS?

HELCATS wird sich dank dieser umfassenden Ressourcen, von denen die wissenschaftliche Gemeinschaft profitieren wird, viele Jahre lang spürbar positiv auswirken. Des Weiteren trägt es dazu bei, diejenigen Tools zu finden, mit denen die potenziellen Auswirkungen von CMEs und CIRs auf das Weltraumwetter am besten vorhergesagt werden können.

Wie hat die wissenschaftliche Gemeinschaft bisher reagiert?

Die breitere Forschungsgemeinschaft ist sich bereits bewusst, dass HELCATS die offiziellen Kataloge zu den Sonnenwindstrukturen bereitstellt, die mit den STEREO/HI-Instrumenten beobachtet werden. Mit unserer Planung stellen wir sicher, dass die Wirkungen des Projekts auch nach dessen Abschluss spürbar bleiben und die Ressourcen auch weiterhin verfügbar sein werden. Die breitere Forschungsgemeinschaft nutzt die Ergebnisse von HELCATS bereits für wissenschaftliche Publikationen.

Auch von Forschern, die sich speziell mit Weltraumwetter befassen, erhalten wir sehr positive Rückmeldungen. Das Met Office – der nationale meteorologische Dienst des Vereinigten Königreichs, der eine von der britischen Regierung finanzierte Einrichtung zur Vorhersage des Weltraumwetters betreibt – war beispielsweise über die gesamte Laufzeit hinweg eng mit dem Projekt verbunden, und seine Mitarbeiter sind an Diskussionen über die Projektergebnisse beteiligt. Auch in dieser Hinsicht werden basierend auf den HELCATS-Ergebnissen zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten veröffentlicht, die sich auf das Weltraumwetter beziehen.

Planen Sie, diese Forschung nach Ende des Projekts weiterzuführen?

Das HELCATS-Team wird dafür sorgen, dass die Kataloge auch lange nach Projektende verfügbar sein werden, insbesondere indem sie in einer Reihe professioneller Rechenzentren gesichert werden. Zum Abschluss des Projekts sind zudem einige maßgebliche Publikationen geplant, mit denen sichergestellt wird, dass Einzelheiten zum Projekt selbst und zu seinen Ergebnissen allgemein verfügbar sind. Diese dienen zusätzlich zu den weiteren Forschungen, die die acht Gruppen des HELCATS-Konsortiums in den kommenden Jahren zweifellos eigenständig anstellen werden, bildlich gesprochen als „Schaufenster“, dem die wissenschaftliche Gemeinschaft Ergebnisse des HELCATS-Projekts entnehmen kann.

HELCATS
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