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Autor: Ralph-Mirko Richter / 08. September 2014, 14:51 Uhr

Kometensonde Rosetta: Erste Ergebnisse von MIRO

Bei einem der Instrumente, mit denen die Raumsonde Rosetta gegenwärtig den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko untersucht, handelt es sich um das Mikrowellenradiometer MIRO. Erste Ergebnisse der damit verbundenen Messungen wurden am heutigen Tag auf dem European Planetary Science Congess, einer gegenwärtig in Portugal stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

Quelle: EPSC 2014, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
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ESA, ATG medialab

Bild vergrößernDie Raumsonde Rosetta verfügt über insgesamt elf wissenschaftliche Instrumente. Weitere zehn Instrumente werden zudem von dem Kometenlander Pilae mitgeführt.
(Bild: ESA, ATG medialab)
Nach einem mehr als zehn Jahre andauernden Flug durch unser Sonnensystem erreichte die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Rosetta am 6. August 2014 das finale Ziel ihrer Reise - den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko (der Einfachheit halber ab hier als "67P" abgekürzt).

Seitdem 'begleitet' Rosetta diesen Kometen auf seinem Weg in das innere Sonnensystem und untersucht dieses Relikt aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems intensiv mit elf wissenschaftlichen Instrumenten.

Bei einem dieser Instrumente handelt es sich um das Mikrowellenradiometer MIRO (kurz für "Microwave Spectrometer for the Rosetta Orbiter"), welches sich aus einem 30-Zentimeter-Teleskop und zwei Heterodyn-Empfängern, die in den Frequenzbereichen 190 beziehungsweise 562 GHz arbeiten, zusammensetzt. Das MIRO kam bereits bei den Vorbeiflügen von Rosetta an den Asteroiden (2867) Steins und (21) Lutetia erfolgreich zum Einsatz. Diese beiden Asteroiden-Flybys fanden am 5. September 2008 und am 10. Juli 2010 statt.

Das Instrument soll im Verlauf der weiteren Mission bei dem Kometen 67P folgende Fragestellungen beantworten:
  • In welchen Mengen entweichen flüchtige Gase wie Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Ammoniak oder Methanol aus dem Kometenkern in das umgebende Weltall?
  • Welche Wasserisotope werden dabei freigesetzt?
  • Wie verändert sich die Freisetzungsrate dieser Gase bei zunehmender Annäherung an die Sonne?
  • Mit welchen Geschwindigkeiten bewegen sich die Gaspartikel innerhalb der Koma des Kometen?
  • Welche Temperaturen herrschen innerhalb der Koma?
  • Welche Temperaturen herrschen direkt auf der Kometenoberfläche bis zu einer Tiefe von wenigen Zentimetern?
  • Wie verändern sich diese Temperaturwerte bei zunehmender Annäherung des Kometen an die Sonne?
Die Identifizierung der einzelnen Gase erfolgt dabei anhand der Auswertung der für jede Gasart typischen Emissionen beziehungsweise Absorptionen, welche sich durch das Lichtspektrum erkennen lassen und die durch die Änderung des Rotationszustandes der einzelnen Gasmoleküle beeinflusst werden.

NASA, JPL-Caltech

Bild vergrößernDie einzelnen Komponenten von MIRO.
(Bild: NASA, JPL-Caltech)
Die von dem durch das MIRO in den Frequenzbereichen 190 und 562 GHz empfangene Strahlung des Kometen wird dabei zuerst auf eine niedrigere Zwischenfrequenz heruntergerechnet. Die so erzeugten Zwischenfrequenz-Signale werden anschließend von einem Echtzeit-Spektrometer - dem so genannten "Chirp Transformations Spektrometer" (kurz "CTS") - weiterverarbeitet. Das CTS-Spektrometer rechnet die Spektren der empfangenen Signale aus und ermittelt im Rahmen einer erfolgenden Messperiode pro Sekunde den Mittelwert aus 50.000 solcher Spektren.

Aus den Intensitäten sowie aus den Dopplerverschiebungen der Spektren werden die vorherrschenden Temperaturen bestimmt. Die gemessenen Gase ermöglichen einen Einblick in die chemische Zusammensetzung des Kometenkerns. Aus den gemessenen Oberflächentemperaturen und deren Veränderung mit zunehmender Tiefe sowie den gemessenen Ausgasungsraten sollen in Kombination mit Modellrechnungen zudem konsistente Angaben über die physikalische Eigenschaften des Kometenkerns ermittelt werden. Zudem können durch das MIRO-Experiment Schlüsselprozesse, welche das Ausgasungsverhalten und die damit verbundene Entwicklung der Kometenkoma beeinflussen, untersucht werden.

Erste Ergebnisse

Bereits im Juni 2014 gelang dem MIRO-Instrument der Nachweis, dass 67P Wasserdampf freisetzt (Raumfahrer.net berichtete). Weitere Resultat wurden am heutigen Tag im Rahmen des diesjährigen European Planetary Science Congress, einer gegenwärtig in Portugal stattfindenden Fachtagung der Planetenforscher, vorgestellt.

Demzufolge nahm die Aktivität des Kometen nach der ersten Detektion von Wasserdampf am 6. und 7. Juni 2014 weiter zu. Am 6. Juli 2014 wurde dabei pro Sekunde bereits eine Menge von 500 Gramm Wasser freigegeben, welches mit einer Geschwindigkeit von etwa 600 bis 700 Metern pro Sekunde von der Kometenoberfläche entwich. Ersten Analysen zufolge konnten dabei drei verschiedene Wasserisotope nachgewiesen werden.

Des weiteren gelang mit dem MIRO der Nachweis von Ammoniak und Methanol. Kohlenmonoxid konnte dagegen noch nicht eindeutig detektiert werden. Samuel Gulkies, der für das MIRO-Experiment zuständige wissenschaftliche Leiter vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien, weist allerdings darauf hin, dass sich die wissenschaftliche Untersuchung noch in einer sehr frühen Phase befindet. Viele der bisher erhaltenen Daten, welche durch die Anfertigung von bisher mehr als 20.000 Spektren gewonnen wurden, müssen noch ausgewertet und in einen Kontext versetzt werden.

Das MIRO-Experiment für die Kometensonde Rosetta wurde von einem Konsortium von verschiedenen Instituten aus Deutschland, Frankreich und den USA unter Leitung des wissenschaftlichen und instrumentellen Projektleiters Dr. Samuel Gulkis vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA entwickelt. Für die Entwicklung des "Chirp Transformations Spektrometers", welches im Rahmen dieses Instruments einen entscheidenden Rolle spielt, war das mittlerweile in Göttingen beheimatete Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) verantwortlich. Weitere CTS-Partner sind das JPL, das CIT, das Observatoire de Paris, das Observatoire de Bordeaux, die National Central University in Taiwan, das DLR und die University of Massachusetts.

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