11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ SOVIM (SOlar Variability and Irradiance Monitoring), ein Experiment von SOLAR an COLUMBUS.

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1 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ SOVIM (SOlar Variability and Irradiance Monitoring), ein Experiment von SOLAR an COLUMBUS auf der Internationalen Raumstation Claus Fröhlich Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos World Radiation Center CH 7260 Davos Dorf Switzerland und das SOVIM-Team

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

3 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ 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 mm 3 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

4 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ 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 (±24 o, 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

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

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

7 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ Start und Andocken an die Internationale Raumstation

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

9 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ 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.www.pmodwrc.ch

10 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ Totale Sonnenstrahlung Virgo Radiometer Messungen von SOHO

11 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ Totale Sonnenstrahlung TSI Messungen seit 1978

12 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ Totale Sonnenstrahlung Was bedeutet die tiefere TSI beim heutigen Minimum

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

14 11. November 2008ETH Space Research Seminar, 13. November 2008, ETHZ Spektrale Sonnenstrahlung Virgo Filterradiometer Messungen von SOHO

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