Die SMILE-Mission: Wie Europa und China den Schutzschild der Erde im All kartieren

Zunächst gelangte der Satellit in eine niedrige Erdumlaufbahn. Von dort aus beginnt eine Reihe von Bahnmanövern, die ihn in seine endgültige wissenschaftliche Umlaufbahn bringen.

Warum SMILE wissenschaftlich wichtig ist

Sonnenaktivität kann sogenannte Weltraumwetter‑Ereignisse auslösen. Starke Sonnenstürme können Satelliten beschädigen, Funkkommunikation stören, Navigationssysteme beeinträchtigen oder sogar Stromnetze auf der Erde beeinflussen.

Bisher war es für Forschende schwierig, die gesamte Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Magnetosphäre gleichzeitig zu beobachten. Viele frühere Missionen lieferten nur lokale Messungen entlang einzelner Flugbahnen.

SMILE schließt diese Lücke: Die Mission kombiniert globale Bildgebung mit direkten Messungen vor Ort. Dadurch lassen sich Veränderungen im Sonnenwind unmittelbar mit Reaktionen der Magnetosphäre und der Polarlichter verknüpfen.

Eine Schlüsselinnovation ist die Nutzung von weicher Röntgenstrahlung. Diese entsteht, wenn energiereiche Ionen aus dem Sonnenwind mit neutralen Atomen in der Nähe der Erde kollidieren. Dadurch lassen sich Strukturen wie die Magnetopause – die Grenze zwischen Sonnenwind und Erdmagnetfeld – erstmals großräumig sichtbar machen.

Die vier Instrumente an Bord

SMILE trägt vier wissenschaftliche Hauptinstrumente, die gemeinsam arbeiten:

Soft X‑ray Imager (SXI)
Ein Weitwinkel‑Röntgenteleskop, das die äußeren Grenzen der Magnetosphäre abbildet. Es erkennt die Röntgenstrahlung aus Kollisionen von Sonnenwind‑Ionen mit neutralen Atomen und zeigt so Form und Bewegung der Magnetopause und angrenzender Regionen.

Ultraviolet Imager (UVI)
Dieses Instrument erstellt UV‑Aufnahmen des auroralen Ovals der Nordhalbkugel und verfolgt, wie sich Polarlichter verändern, wenn Energie aus dem Sonnenwind in das Erdmagnetfeld eingekoppelt wird.

Light Ion Analyzer (LIA)
Ein Plasma‑Messinstrument, das Dichte, Geschwindigkeit und Temperatur leichter Ionen im Sonnenwind und in der Magnetosphäre bestimmt.

Magnetometer (MAG)
Ein Fluxgate‑Magnetometer misst das lokale Magnetfeld rund um den Satelliten und zeigt, wie Druck und Struktur des Sonnenwinds die Magnetosphäre verformen.

Durch die Kombination dieser Messungen können Wissenschaftler globale Bilder der Magnetosphäre und Polarlichter direkt mit lokalen Plasma‑ und Magnetfeldmessungen verknüpfen.

Die besondere Umlaufbahn

SMILE fliegt in einer stark elliptischen Umlaufbahn, die speziell für Beobachtungen der Magnetosphäre entworfen wurde.

Wichtige Parameter sind:

• Perigäum: etwa 5.000 km über der Erde
• Apogäum: etwa 121.000 km, rund ein Drittel der Distanz zum Mond
• Umlaufzeit: etwa 51 Stunden
• Bahnneigung: etwa 70–98 Grad je nach Startbedingungen.

In dieser Bahn verbringt der Satellit einen großen Teil jedes Umlaufs in großer Höhe. Dadurch kann er über 40 Stunden am Stück die Magnetosphäre und Polarlichtregionen beobachten und ihre Veränderungen im Zeitverlauf verfolgen.

Internationale Zusammenarbeit

SMILE gehört zu den bedeutendsten wissenschaftlichen Raumfahrtkooperationen zwischen Europa und China.

Die Aufgaben sind zwischen den Partnern aufgeteilt:

• ESA stellte das Nutzlastmodul, organisierte den Start und stellte Einrichtungen für Integration und Tests bereit.
• Die Chinesische Akademie der Wissenschaften (CAS) entwickelte die Satellitenplattform, das Antriebssystem und übernimmt einen großen Teil des Missionsbetriebs.
• Das Vereinigte Königreich spielte eine wichtige Rolle in der Wissenschaft und Instrumentenentwicklung – insbesondere über die University of Leicester, die das Soft‑X‑ray‑Imager‑Instrument entwickelte und ein Datenzentrum für die Mission betreibt.

Missionszeitplan und erwartete Daten

Die SMILE‑Mission wurde 2015 offiziell in das Wissenschaftsprogramm der ESA aufgenommen. Ziel war es, eine neue Methode zur globalen Beobachtung der Sonnen‑Erde‑Wechselwirkung zu entwickeln.

Nach dem Start im Mai 2026 folgt zunächst eine Phase der Inbetriebnahme, Kalibrierung und Bahnkorrekturen. Erst danach beginnen die regulären wissenschaftlichen Beobachtungen.

Berichten zufolge soll die routinemäßige Datenerfassung im Laufe des Jahres 2026 starten, nachdem alle Instrumente überprüft wurden.

Die primäre Missionsdauer beträgt etwa drei Jahre, kann jedoch verlängert werden, sofern der Satellit weiterhin zuverlässig arbeitet.

Welche Fragen SMILE beantworten soll

Die Mission soll mehrere zentrale Fragen der Weltraumphysik klären, etwa:

• Wie reagiert die Magnetosphäre auf Änderungen im Druck und in der Magnetfeldrichtung des Sonnenwinds?
• Wie entsteht Energieübertragung von der Sonne, die Polarlichter und geomagnetische Stürme auslöst?
• Wie verschieben und verändern sich Grenzregionen der Magnetosphäre während Sonnenstürmen?

Durch die Kombination globaler Bilder und lokaler Messungen könnte SMILE das bislang vollständigste Bild liefern, wie das Magnetfeld der Erde unseren Planeten vor der Strahlung der Sonne schützt – und wie dieser Schutzschild unter extremen Bedingungen reagiert.

Für Forschende, die sich mit Weltraumwetter und dessen Auswirkungen auf Satelliten, Navigation oder Stromnetze beschäftigen, könnten die Daten der Mission daher entscheidend sein.