Das ballongetragene Sonnenobservatorium „Sunrise“ erkundet die Sonne in 37 km Höhe. Erforscht wird der physikalische Zustand der Sonnenatmosphäre und der solaren Magnetfelder, die auch die erdnahe Umgebung beeinflussen. Mithilfe des CNC-Messmikroskops eines englischen Herstellers werden die Kamerasensoren des am Max-Planck-­Institut für Sonnensystemforschung entwickelten Instruments für den UV-Bereich vermessen.

Das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (kurz: MPS) gehört zu den führenden Institutionen im Bereich der wissenschaftliche Grundlagenforschung der direkten kosmischen Heimat, also unseres Sonnensystems mit seinen Planeten, Monden, Kometen (bekannte Vertreter sind Hale Bopp oder der Halleysche Komet), Asteroiden bis hin zur Oortschen Wolke. Das MPS ist im Juli 2004 aus dem seit 1957 bestehenden Max-Plank-Institut für Aeronomie hervorgegangen.

Um diese Himmelskörper zu untersuchen, forschen etwa 300 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker an wissenschaftlichen Instrumenten, die vor allem im Weltraum eingesetzt werden. Eine gute Vernetzung zu anderen Instituten, sowie die Teilnahme an zahlreichen Missionen internationaler Weltraumagenturen wie etwa ESA und Nasa bilden die Basis für hochklassische Forschungsarbeit. Die Auswertung und Interpretation der so gewonnenen Daten werden intensiv von theoretischen Arbeiten und numerischen Simulationen begleitet.

Im Mittelpunkt steht der größte Himmelskörper des Systems, die Sonne, mit seiner Atmosphäre, der Heliosphäre, das solare Magnetfeld, sowie interplanetare Medien wie Strahlung und energiereiche Teilchen.

Die Sonnenabteilung leitet die Ballonmission Sunrise, ein ballongetragenes Observatorium, das die Sonne aus einer Höhe von etwa 37 km untersucht. Neben zahlreichen weiteren Beteiligungen an Weltraummissionen trägt die Abteilung maßgeblich zur ESA-Mission Solar Orbiter bei.

Ein Observatorium in 37 km Höhe

Sunrise ist ein ballongetragenes Sonnenobservatorium mit einem 1m-Teleskop, das aus der Stratosphäre, in einer Flughöhe von etwa 37 km, die Sonne erkundet. Damit entkommt es dem störenden Einfluss der Erdatmosphäre weitestgehend und kann das Sonnenlicht auch im ultravioletten (UV) Bereich untersuchen, was am Erdboden nicht möglich ist. Zurzeit bereitet das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern, den dritten Flug (Sunrise-3) vor.

Sunrise-3 wird hochaufgelöste 2D-Bilder und Spektren aufnehmen und gleichzeitig auch den Polarisationszustand des Sonnenlichts registrieren. Diese Daten geben Aufschluss über den physikalischen Zustand der Sonnenatmosphäre und der solaren Magnetfelder. Durch die Kombination von drei wissenschaftlichen Instrumenten, die in Spektralbereichen vom nahen UV (300 nm) bis ins nahe Infrarot (860  nm) arbeiten, deckt das Observatorium erstmals einen Höhenbereich von rund 1.000 km in der Sonnenatmosphäre gleichzeitig ab. Sunrise-3 ermöglicht den Wissenschaftlern damit, physikalische Prozesse zu untersuchen, die Energie von der unteren, durch Konvektion dominierten Photosphäre der Sonne, hinauf in die Chromosphäre transportieren, wo das Magnetfeld einen stärkeren Einfluss auf das Sonnenplasma ausübt. Solche Prozesse sind entscheidend für unser Verständnis der Sonnenaktivität, die über die UV-Strahlung und das Weltraumwetter auch einen Einfluss auf die erdnahe Umgebung hat.

Mithilfe des Falcon-CNC-Messmikroskops von Vision Engineering werden die Kamerasensoren des am MPS entwickelten Instruments für den UV-Bereich vermessen. Die Sensoren des „Sunrise UV Spectropolarimeter and Imager“ (Susi) sind auf eine hohe UV-Empfindlichkeit, hohe Bildrate (48 Bilder/s), ein großes Bildfeld (2k x 2k Pixel) und extrem geringes Rauschen optimiert, um die schwachen Polarisationssignale im Sonnenspektrum zu registrieren. Der gleiche Sensortyp wird auch für die anderen beiden Sunrise-3-Instrumente eingesetzt, mit einer für den jeweiligen Spektralbereich optimierten Empfindlichkeit.

Messmikroskop ermöglicht ein präzises Positionieren

Das CNC-Messmikroskop ermöglicht ein präzises Positionieren des Sensors zum Platinenträger beziehungsweise der Fokalebene. Hierdurch wird sichergestellt, dass Bildebene und Eintrittsebene der Bildinformation im Gleichklang sind. Ebenso stellt es sicher, dass beispielsweise die Ebene des Sensors links oben mit der Ebene rechts unten korrespondiert. Gleiches gilt für die Verdrehung des Sensors zur Platine nach einem Lötprozess mit Legierungen, die einen sehr engen Schmelzbereich der einzelnen Bestandteile haben.

Für das Falcon-Videomesssystem – sowohl manuell als auch CNC gesteuert – sprachen die einfache intuitive Bedienung auch von komplexen Anwendungen, die kompakte Bauweise und die Möglichkeit der Reinraum-Adaption via Joystick, entkoppelt von den restlichen Peripheriegeräten.
Vision Engineering ist langjähriger Partner und möchte das MPS auch künftig bei der Instrumentenentwicklung leistungsfähigerer und noch besserer UV-Spektrometer unterstützen. Ziel von künftigen Entwicklungen ist eine noch höhere, empfindlichere Auflösung und noch besserer Licht-Spektren-Abbildung.
Durch sein Portfolio an Stereomikroskopen, Digitalmikroskopen sowie optischen und taktilen berührungslosen Mikroskopen und Messsystemen unterstützt Vision Engineering weitere Max-Planck-Institute deutschlandweit bei vielen Messaufgaben in zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten.