11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ SOVIM (SOlar Variability and...

11. November 2008 ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ

SOVIM (SOlar Variability and Irradiance Monitoring), ein Experiment vonSOLAR an COLUMBUS auf der

Internationalen Raumstation

Claus FröhlichPhysikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos

World Radiation CenterCH 7260 Davos Dorf

Switzerland

und das SOVIM-Team


Das SOVIM Team

Das Experiment SOVIM wurde am PMOD/WRC in Zusammenarbeit mit dem IRMB geplant und gebaut. Ziel ist die Messung der totalen und spektralen Sonnenstrahlung und die Fortsetzung der bald 30-jährigen Reihe.

Principle Investigator: Claus Fröhlich, PMOD/WRC Instrumenten CoI: Wolfgang Finsterle und Christoph Wehrli,

PMOD/WRC, Steven Dewitte und Sabri Mekaoui, IRMB Weitere CoI: Bernhard Fleck, ESA, Nigel Fox, NPL, Judith Lean,

NRL, Gerhard Schmidtke, IPM/FHG, Werner Schmutz, PMOD/WRC, Sami Solanki, MPI, Gerard Thuillier, SA/CNRS

Technisches Personal: Hansjörg Roth (TM), Dani Pfiffner, Marcel Specha, Jules Wyss, PMOD/WRC, André Chevalier, Christian Conscience, Pierre Malcorps, IRMB


SOVIM: Das Instrument

SOVIM wurde ursprünglich als Wiederflug von SOVA/EURECA vorgeschlagen

Es bestand aus drei Einheiten und war dann einfach zu gross um in die zur Verfügung stehenden Dimensionen 150x380x510 mm3 eingepasst zu werden

Zusätzlich stand nicht mehr eine zentrale Kontrolle der Temperatur zur Verfügung, d.h. es musste eine eigenständige thermische Kontrolle entwickelt werden

Das hat zum nebenstehenden Entwurf geführt und der spiegelnde Schirm übernimmt die thermische Kontrolle durch Abstrahlung in den Weltraum. Der Energieunterschied zwischen Sonne und Schatten wird durch elektrische Heizungen ausgeglichen und so die Temperatur des Instrumentes konstant gehalten

SOVIM enthält 4 Radiometer zur Messung der totalen Sonnenstrahlung 2 PMO6V, 1 PMO6R, geflogen auf SOVA/EURECA und DIARAD mit 2 Kanälen, 2 Filterradiometer (SPM) zur Messung der spektralen Bestrahlungsstärke bei drei Wellenlängen und ein zweiachsen Sonnensensor (TASS) zur Messung der Ausrichtung auf die Sonne


SOVIM auf der Sonnennachführung von SOLAR

Sonnennachführung, genannt Course Pointing Device (CPD) mit den 3 Instrumenten: SOVIM, SolACES (PI: Gerhard Schmidtke, IMP/FHG) und SOLSPEC (PI: Gerard Thuillier, SA/CNRS). Die Aufnahme entstand während der EMC Tests

Der Bereich der CPD um die De-Rotation Achse erlaubt Messungen der Sonne während ca. 20 Minuten eines Orbits

Der Bereich der anderen Achse (±24o, man könnte sie Deklination nennen) erlaubt Messungen während etwa der Hälfte bis ein Drittel der Orbits im Laufe eines Jahres

SOVIM

SolACES

SOLSPEC

Pointing Device


SOVIM Radiometer

Die Radiometer basieren auf dem Prinzip der elektrisch-geeichten Kavitäts Empfänger zur Messung der totalen Bestrahlungsstärke der Sonne (TSI). Wir haben drei ver-schiedene Typen: 1 PMO6-R and 2 PMO6-V, die beide vom PMOD/WRC entwickelt und gebaut wurden. Das erstere war schon im Weltraum, die letzteren sind vom gleichen Typ wie diejenigen in SoHO/ VIRGO; Der dritte Typ, DIARAD wurde vom IRMB entwickelt und ist ähnlich zu SOLCON, das auf dem Shuttle mitgeflogen ist und zu DIARAD in SoHO VIRGO.


SOVIM Filterradiometer und TASS

Die Filterradiometer (früher Sonnenphotometer, SPM, genannt) wurden am PMOD/WRC entwickelt und messen die spektrale Bestrahlungsstärke (SSI) bei 402, 500 and 862 nm mit einer Bandbreite von 5 nm. Zur Auswahl der Wellenlängen dienen Interferenzfilter und als Empfängen Siliziumdioden. Sie sind gleich wie diejenigen auf SoHO/VIRGO.

Das TASS flog schon auf EURECA und misst die Ausrichtung auf die Sonne in zwei Achsen mit einer Auflösung von 0.25 Bogensekunden


Start und Andocken an die Internationale Raumstation


Operation von SOLAR im Weltraum

Am 7. Februar wurde gestartet und einige Tage später an das COLUMBUS Modul angedockt Am 15. Februar wurden die Instrumente erstmals eingeschaltet und alles verlief nominal. Am 6. März öffnete das erste Sonnenfenster, aber die CPD funktionierte nicht (das Vorzeichen der

Regelung war fasch – vielleicht auch noch anderes). Am 4.April konnten wir erste Messungen mit Sonne machen, aber erst mit gerechneter Ausrichtung der

CPD (Ausrichtung: X:-31’, Y:+11). Die ersten Messungen mit Sonnensensor (30. April- 10. Mai) begannen mit einer Ausrichtung von X:+68’,

Y:-13’. Der erste Criss-Cross am 5.Mai ergab eine erste Korrektur, sodass der Rest der Beobachtungszeit mit X:+27’, Y:-4’ durchgeführt werden konnte.

Im nächsten Sonnenfenster (4. Juni – 15.Juni) starteten wir mit einer verbesserten Korrektur (X:-17’, Y:+8’) und die Wiederholung eines Criss-Cross erlaubte eine noch bessere Korrektur für die Zukunft.

Das nächste Sonnenfenster vom 22.Juni – 7. Juli wurde verpasst, da Probleme mit der Kommunikation mit Columbus jeden Verkehr verhinderten.

Während der drei nächsten Fenstern (31.Juli – 11. Aug.; 26. Aug. – 9.Sept.; 26.Sept. – 6. Okt.) wurden immer Messungen gemacht. Und zwar mit der zuletzt neu bestimmten Korrektur des Sonnensensors um sage und schreibe 1.2º in X-Richtung und 0.25º in Y-Richtung. Damit wurde eine Ausrichtung der drei Instrumente untereinander von ±4’ in X und Y Achse erreicht.

Die Ausnützung der 8 Sonnen-Fenster beträgt nur etwa 53%, was die Erwartungen der Experimatoren und die Versprechungen der ESA überhaupt nicht erfüllt. Wenn man zudem die Messungen mit zu grosser Abweichung der Ausrichtung weglässt, kommt man noch auf eine Ausnützung von 31%.

Resultate von Sonnenmessungen sind immer auf 1 AU und Radialgeschwindigkeit Null bezogen. Um eine endgültige Auswertung der Daten durchzuführen, fehlen immer noch die ISS Orbit Daten, aus denen zusammen mit den Erde-Sonne Ephemeriden die momentane Distanz und radiale Geschwindigkeit zur Sonne abgeleitet werden kann.

Abgesehen von einigen punktuellen Vergleichen haben wir deshalb noch keine endgültigen Resultate.


Daten Produkte von VIRGO und SOVIM

Level0 sind die Rohdaten, die nur vom Instrumenten Team verwendet werden zum Erstellen der Level1 Datensätze.

Level1 sind die Daten die für alle bekannten Effekte korrigiert sind, wie Temperatur, Distanz und Geschwindig zur Sonne, und in physikalischen Einheiten zur Verfügung stehen.

Level2 Daten sind dann auch für die Langzeit-Veränderungen korrigiert. Das dauert länger, da man genügend Daten haben muss. Diese Daten werden erst etwa nach einem Jahr in ihrer endgültigen Version zur Verfügung stehen. Je nach Ablauf werden aber Vorversionen zur Verfügung gestellt. Wichtig ist, dass die Benutzer sich genau bewusst sind, wie zuverlässig entsprechende Daten sind (read instructions!)

Die Daten von VIRGO (mehr als12 Jahre) sind öffentlich zugänglich über www.pmodwrc.ch. Sobald auch endgültige SOVIM Resultate zur Verfügung stehen, werden sie ebenfalls allgemein zugänglich sein.

http://www.pmodwrc.ch/


Totale SonnenstrahlungVirgo Radiometer Messungen von SOHO


Totale Sonnenstrahlung

TSI Messungen seit 1978


Totale SonnenstrahlungWas bedeutet die tiefere TSI beim heutigen Minimum


Totale Sonnenstrahlung

Was folgt für die Rekonstruktionen in die Vergangenheit

Wang et al, 2005

Die abgeleitete Empfindlichkeit ist 0.58 Wm-2/nT, etwas grösser als unsere mit 0.43 Wm-2/nT.

Unsere Schätzung


Spektrale SonnenstrahlungVirgo Filterradiometer Messungen von SOHO


Schlussfolgerungen

Wir haben schon viel gelernt über die Variabilität der Sonnenstrahlung, aber ….

SOVIM wird einen wichtigen Beitrag zu den Datenreihen von TSI und SSI leisten können, insbesondere auch als Vergleichsbasis.

SOVIM wird auch zum Verständnis des Einflusses der Weltraumumgebung auf die Sonnenradiometrie beitragen – insbesondere für Erdorbits.

Im Gegensatz zu VIRGO/SoHO werden die Zeitreihen von SOVIM nicht kontinuierlich, sondern immer wieder unterbrochen sein. Wir werden damit aber auch lernen, was das für die Resultate bedeutet

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