Ein Beitrag von Mirko Buggel. Quelle: Scinexx, Nature, MPG, DLR, OHB, Wikipedia.16.04.2025

16. April 2025 – Dominiert werden aktuelle Nachrichten zur Sonnensystem- bzw. Planetenforschung insbesondere vom äußeren Nachbarplaneten Mars, aber auch von den Jupiter- und Saturnmonden und neuerdings wieder vom Mond.

Was aber ist mit dem uns nächsten Planeten, der oft als „Zwillingsschwester“ der Erde bezeichneten Venus? Der erste Science-Fiction-Roman des polnischen Schriftstellers Stanisław Lem (1921 – 2006) von 1951 Astronauci handelt von der Venus, wurde unter dem Titel „Planet des Todes“ ins Deutsche übersetzt und als „Der schweigende Stern“ (DDR) und „Raumschiff Venus antwortet nicht“ (BRD) 1960 auf deutsche Kinoleinwände gebracht. Mit der Beschreibung der Venus lagen Lem und die Filmemacher gar nicht mal so falsch – aus menschlicher Sicht unbewohnbar im Sinne von LAKI (Life as we know it – Leben wie wir es kennen).

Venus und Erde – Zwillinge?

Größe und allgemeiner Aufbau der Venus sind tatsächlich der Erde sehr ähnlich. Die Venus hat mit 12.103,6 km fast den gleichen Durchmesser wie die Erde und auch eine ähnliche mittlere Dichte. Aber – stellen wir uns Folgendes vor: Die Venus hätte eine mehr oder weniger durchsichtige Atmosphäre, mit einem Druck, der den der Erde nur wenig überschreitet. Stellen wir uns zudem vor, eine Raumfahrerin, ein Raumfahrer steht auf der Venus. Morgendämmerung. Im Westen! Denn die Rotation der Venus ist im Gegensatz zum sonst fast ausschließlich vorherrschenden Drehsinn der Eigendrehung der Planeten und der meisten Monde im Sonnensystem rückläufig (retrograd). Das heißt, dass die Venus von ihrem Nordpol aus gesehen im Uhrzeigersinn rotiert. Die Sonne geht auf, natürlich viel riesiger als auf der Erde, denn die Venus ist durchschnittlich 108 Mio. km von der Sonne entfernt, das sind ca. 72 % der Entfernung Erde-Sonne. Und er dauert, der Sonnenaufgang, die Dämmerung. Denn für eine Rotationsperiode benötigt die Venus 243 Erdentage, während die siderische Umlaufzeit um die Sonne nur 224 Erdentage dauert. Aufgrund dieser im Vergleich zur Erde langsamen Eigenrotation könnte ein fiktiver Besucher einen Spaziergang unternehmen – immer mit der Sonne im Zenit. Aber das ist Zukunftsmusik. Es ist derzeit nicht absehbar, dass jemals Menschen einen Fuß auf diesen Planeten setzen werden.

Oberfläche und Atmosphäre beider Planeten unterscheiden sich doch stark. Der Mars präsentierte seine Oberfläche schon Jahrzehnte, Jahrhunderte zuvor dem Auge des Betrachters mit immer besseren optischen Hilfsmitteln. Bei der Venus? Fehlanzeige. Eine dichte Wolkendecke verhindert jeden Blick auf die Oberfläche. Das änderte sich in der 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts. Bereits seit den Wenera- und Wega-Missionen der Sowjetunion (1960er bis 1980er Jahre), den Mariner- und Pioneer-Venus-Missionen (1960er und 1970er Jahre) und der Magellan-Radarkartierungsmission der NASA (1990-1994) sind die Bedingungen auf der Venus bekannt. Deren Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid. Stickstoff macht 3,5 % aus, Schwefeldioxid, Argon und Wasser kommen in Spuren vor. Die Venusatmosphäre hat rund 90mal so viel Masse wie die Lufthülle der Erde und bewirkt am mittleren Bodenniveau einen Druck von 92 bar. Das kommt einem Druck in etwa 910 m Meerestiefe gleich.

Einer nicht unumstrittenen Theorie nach muss allein die geringere Entfernung zur Sonne nicht zu dem Treibhauseffekt geführt haben. So könnte ein vulkanisches Ereignis vor 715 Mio. Jahren zu dem schnellen Treibhauseffekt geführt haben, ähnlich wie der sibirische Trapp auf der Erde vor 250 Mio. Jahren. Möglicherweise hatte der Vulkanismus auf der Venus ein derart globales Ausmaß, dass die dadurch ausgelöste Klimaveränderung zum heutigen Zustand führte. Da es keine Plattentektonik wie auf der Erde gibt, kann innere Wärme nur durch Vulkanausbrüche freigegeben werden. Darauf weist die nur etwa 500 Mio. Jahre alte Venusoberfläche hin – im Gegensatz zu der drei oder an manchen Stellen sogar mehr als vier Milliarden Jahre alten kontinentalen Erdkruste.

Leben auf der Venus?

2020 elektrisierte eine Meldung die Wissenschaftswelt und die interessierte Öffentlichkeit: Ein internationales Team von Astronomen entdeckte in den Wolken der Venus das seltene Molekül des Stoffes Phosphin und sprach die Vermutung aus, dass das ein Hinweis auf Leben sein könnte. Auf der Erde wird Phosphin nur industriell erzeugt oder von Mikroben in sauerstofffreier Umgebung. Der Artikel in nature astronomy resümierte: “Keiner der bekannten Prozesse kann für die Menge des Phosphins verantwortlich sein, welches in der Venusatmosphäre gefunden wurde.“ Allzu euphorische Höhenflüge dämpfte Studienleiter Dr. Dave Clements vom Imperial College London sachlich-trocken: „Das Phosphin ist dort. Wie es dahin kam, ist eine andere Frage.“ (1)

Diese These zu Leben in den Venus-Wolken ist in der Wissenschaft umstritten. Als potenziell lebensfreundlich galten bislang Höhen zwischen 40 und 70 Kilometern über der Venusoberfläche, weil dort die Temperaturen zwischen 130 und minus 40 Grad Celsius liegen. „Die relative Feuchtigkeit in dieser Zone variiert zwar, bleibt aber durchgängig unter 0,4 Prozent“, berichtet das Team. Damit liegt die Wasseraktivität mit 0,004 rund hundertfach unter dem Grenzwert für aktives Leben. Selbst feine Tröpfchen in den Venuswolken wären wegen ihres hohen Säuregehalts wahrscheinlich nicht lebensfreundlicher, so Forschende.

Wie dem auch sei. Es scheint, dass seit der ersten Entdeckung von Phosphin das wissenschaftliche Interesse an der Venus wieder zugenommen hat. In den kommenden Jahren sind mehrere Missionen zum Nachbarplaneten geplant.

Neue Venus-Missionen

Robotische Missionen bilden aufgrund der Bedingungen zwar eine große technische Herausforderung. Doch mehr als 20 Missionen, einschließlich Vorbeiflügen, Orbiter, Abstiegssonden in der Atmosphäre, Ballons und Landesonden untersuchten bereits die Venus. Die Sonde der ESA/JAXA-Mission BepiColombo zum Merkur näherte sich bei zwei Fly-by-Manövern (2020 und 2021) der Venus.

Die von der Oberfläche ausgehende Strahlung wird fast komplett von der dichten Atmosphäre absorbiert. Nur im Radio – und im Mikrowellenbereich ist die Atmosphäre völlig transparent – und im nahen Infrarot (engl. near infrared). Dabei handelt es sich um elektromagnetische Strahlung mit Wellenlängen von ca. 0,7 Mikrometern bis ca. 3 Mikrometern. (2) Diese „Fenster“ sind eine einzigartige Möglichkeit, die Venusoberfläche zu untersuchen, da diese mit einer Temperatur von fast 500°C heiß genug ist, um einen erheblichen Wärmefluss im nahen Infrarot zu erzeugen. Dieser gelangt als Strahlung in den Weltraum und kann auf der der Sonne zugewandten Seite des Planeten gemessen werden.

Die ESA-Mission Venus Express (2005-2014) konzentrierte sich auf die Atmosphäre des Planeten, machte aber auch bedeutende Entdeckungen, die auf mögliche vulkanische Hotspots auf der Oberfläche des Planeten hinwiesen. Die Erforschung der Atmosphäre wurde mit der Akatsuki-Mission der japanischen Weltraumorganisation JAXA fortgesetzt, die immer noch aktiv die atmosphärischen Bewegungen und das Wetter auf der Venus verfolgt. Die NASA plant, in den 2030er-Jahren ebenfalls mit zwei Missionen zur Venus zu reisen, dem Orbiter VERITAS und der Atmosphären- und Landesonde DaVinci.

2024 hat die Europäischen Weltraumorganisation ESA die Mission EnVision offiziell in ihr Wissenschaftsprogramm aufgenommen. Die Sonde soll ab 2031 untersuchen, warum es zu den heute so großen Unterschieden zwischen Venus und Erde gekommen ist. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird für den Orbiter ein Instrument entwickeln, mit dem die Mineralogie der Gesteine auf der Venus kartiert werden kann.

EnVision soll aus der Umlaufbahn den gesamten Planeten untersuchen, die Oberfläche, das Innere und die Atmosphäre – mit noch nie dagewesener Genauigkeit. Dazu wird EnVision mehrere wissenschaftliche Instrumente mitführen. So wird es die erste Mission sein, die mit einem Radargerät direkt unter die Oberfläche der Venus blicken wird. Ein zweites Radarinstrument, VenSAR, soll die Oberfläche mit einer Auflösung von bis zu 10 Metern kartieren und Eigenschaften wie die Oberflächenbeschaffenheit bestimmen. Drei verschiedene Spektrometer sollen die Beschaffenheit der Oberfläche und der Atmosphäre untersuchen ebenso wie ein Radiowissenschaftsexperiment. Für die Untersuchung der Atmosphäre wird die dreiteilige Spektrometer-Suite VenSpec entwickelt mit VenSpec-U zur Untersuchung der Hochatmosphäre, VenSpec-H für Messungen in der bodennahen Atmosphäre und VenSpec-M zur Messung der Wärmeabstrahlung und spektralen Eigenschaften der Oberfläche.

Ein weiterer Meilenstein für EnVision wurde am 28. Januar 2025 erreicht, als die ESA einen Auftrag an Thales Alenia Space (TAS) zum Bau des EnVision-Raumschiffs vergab und eine neue EnVision-Minisite für die breite Öffentlichkeit vorstellte.

EnVision ist als eine von der ESA geleitete Mission in Partnerschaft mit der NASA vorgesehen. Die NASA soll voraussichtlich das VenSAR-Instrument (Synthetic Aperture Radar) beitragen sowie Unterstützung in der Kommunikation zwischen Erde und EnVision mit den großen Antennen des Deep Space Network leisten. Die anderen Experimente werden von ESA-Mitgliedsstaaten beigesteuert.
Schon 2023 gab die NASA allerdings bekannt, dass alle Mittel für ihre VERITAS-Mission bis auf Weiteres gekürzt und der Start nicht früher als 2031 erfolgen soll. VERITAS und EnVision würden annähernd gleichzeitig starten. Da die US-amerikanische Sonde aber schneller am Ziel ist, könnte sie die geplante Vorarbeit für die Europäer wohl noch aufnehmen. Ob sich die NASA noch als verlässlicher Partner erweist, hängt allerdings leider nicht von den beteiligten Fachleuten ab…

Ungeachtet aller Unwägbarkeiten bleibt das Fazit: Ein von der Forschung vergessener Planet ist die Venus ganz und gar nicht.

(1) Imperial College London https://www.imperial.ac.uk/news/204073/astronomers-find-hints-life-venus/

(2) Lexikon der Fernerkundung https://www.fe-lexikon.info/lexikon/nahes-infrarot

Quellen:

• Sterne und Weltraum. Heft 3, 2024.
• https://www.ohb.de/magazin/destination-venus-teil-3-war-die-venus-in-der-vergangenheit-ein-zwilling-der-erde-1
• https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4
• https://www.scinexx.de/news/kosmos/venuswolken-zu-trocken-fuer-leben/
• Nature Astronomy, 2021
• https://www.mps.mpg.de/planetenforschung/venus-oberflaeche
• https://www.dlr.de/de/aktuelles/nachrichten/2024/europa-begibt-sich-auf-den-weg-zur-venus

Verwandte Links

• EnVision-Factsheet der ESA (engl.)
• ESA-Artikel zu EnVision
• https://science.nasa.gov/mission/veritas/

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• Planet Venus

Der Beitrag Die Venus – der „vergessene“ Planet? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

16. Juli 2021 – Bereits vor einem Jahr veröffentlichte Messdaten des James Clerk Maxwell Teleskops auf Hawaii und des ALMA-Radioteleskops in Chile enthalten keine Hinweise auf das Spurengas Phosphin in der Wolkendecke der Venus. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forscherteam, zu dem ein Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen zählt, das die Messdaten jetzt sorgfältig geprüft hat. Ihre Analyse ist ein Beitrag zur wissenschaftlichen Diskussion um den Fund von Phosphin in der Venus-Atmosphäre, von dem Forscherinnen und Forscher 2020 berichtet hatten. Das giftige Spurengas Phosphin ist auf der Erde als Stoffwechselprodukt von Bakterien bekannt und könnte auf biologische Prozesse in der Venus-Atmosphäre hindeuten. Die neue Auswertung der Daten sowie eine Stellungnahme der britischen Kolleginnen und Kollegen erscheint heute in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

Die Venus ist kein angenehmer Ort: Ein extremer Treibhauseffekt sorgt auf ihrer Oberfläche für durchschnittliche Temperaturen von etwa 460 Grad Celsius. Selbst wenn unser Nachbarplanet in seiner kühleren Vergangenheit Lebensformen auf der Oberfläche beherbergt hat, dürfte es wasserbasiertes Leben dort heute schwer haben. Die dichte Wolkendecke, die den Planeten in einer Höhe von 50 bis 70 Kilometern umgibt, kommt schon eher als Lebensraum in Frage. Dort herrschen erträglichere Temperaturen zwischen etwa -20 und 65 Grad Celsius. Allerdings sind die Wolken Schauplatz heftig tobender Winde und enthalten große Mengen ätzender Schwefelsäure. Stark spezialisierte Bakterien könnten sich dennoch diesen extremen Bedingungen angepasst haben und dort überdauern, spekulieren Forscherinnen und Forscher seit Langem.

Beflügelt wurden solche Überlegungen im vergangenen Jahr durch eine Veröffentlichung einer Forschergruppe um Jane Greaves von der Cardiff University, die in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Astronomy erneut für Diskussionen sorgt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hatten damals Messdaten der Radioteleskope JCMT (James Clerk Maxwell Teleskope) und ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ausgewertet und berichteten vom Fund winziger Mengen des Gases Phosphin, einer Verbindung aus einem Phosphor- und drei Wasserstoffatomen, die auch als Monophosphan bezeichnet wird. Greaves und ihre Koautorinnen und Koautoren schlossen nicht-biologische Ursprünge des Gases wie etwa Blitze oder Meteoriten aus; stattdessen kämen wie auf der Erde Bakterien als Quelle in Frage.

Die Originalstudie hat eine breite wissenschaftliche Diskussion angestoßen. So argumentierten Forscher von der Cornell University in den USA vor Kurzem, Phosphin könne auf vulkanische Aktivitäten auf der Venus zurückzuführen sein. Allerdings ist es mehreren Forschergruppen bisher nicht gelungen, den Phosphin-Fund zu bestätigen – weder durch unabhängige Messungen etwa durch die ESA-Raumsonde Venus Express, noch durch erneute Analyse der Originaldaten. Die Forscherinnen und Forscher um Jane Greaves haben ihren zunächst gefundenen Wert von 20 Teilen Phosphin pro Milliarden in der Zwischenzeit nach unten korrigiert, halten am Fund des Gases aber fest.

Nun hat eine weitere Gruppe von Expertinnen und Experten für planetare Atmosphären um Geronimo Villanueva vom Goddard Space Flight Center der NASA die Originaldaten noch einmal geprüft. Hinweise auf Phosphin finden sie nicht. Ihre Analyse ergibt, dass das seltene Spurgengas mit Schwefeldioxid verwechselt worden sein könnte, das in der Atmosphäre der Venus in großen Mengen vorkommt.

„Winzige Mengen von Spurengasen in den Atmosphären weit entfernter Planeten zweifelsfrei aufzuspüren, ist ausgesprochen kompliziert“, sagt Paul Hartogh vom MPS, einer der Koautoren der aktuellen Neu-Auswertung. Informationen zur Zusammensetzung einer Planetenatmosphäre findet sich verschlüsselt in der elektromagnetischen Strahlung, die von dort emittiert wird. Jede Molekülsorte, die vertreten ist, strahlt Radiowellen einer charakteristischen Wellenlänge ab. Teleskope wie JCMT und ALMA zerlegen die Gesamtstrahlung in ihre einzelnen Wellenlängen, ähnlich wie ein Prisma sichtbares Licht in einzelne Farben aufspaltet. Die charakteristischen Signale der Moleküle werden so sichtbar. 

Allerdings liegen die Wellenlängen mancher Molekülsorten sehr eng beieinander. Dies ist bei Phosphin und Schwefeldioxid der Fall. Zudem spielt der Atmosphärendruck eine Rolle. Je tiefer in der Atmosphäre sich die Moleküle finden, desto höher ist der Druck und desto öfter stoßen die Moleküle mit anderen zusammen. Dies sorgt dafür, dass sie neben Strahlung ihrer charakteristischen Wellenlängen auch solche mit eng benachbarten Wellenlängen emittieren. Moleküle mit sehr ähnlichen Signalen zu unterscheiden, wird so erschwert.

Auch die Eigenheiten des jeweiligen Teleskops müssen berücksichtigt werden. „Zwischen dem unverfälschten Signal aus der Venus-Atmosphäre und uns steht immer das Instrument“, so Hartogh. So enthalten die Messdaten aller Teleskope ein gewisses Grundrauschen: Das Teleskop zeigt statistisch fluktuierende, geringe Intensitäten von Strahlung jeder Wellenlänge an. Die sehr schwachen Signale seltener Spurengase können in diesem Grundrauschen nahezu oder komplett versinken. Zudem können systematische Fehlerquellen im Instrument selbst die Messdaten verzerren.

„Für die Radioastronomie ist Venus ein sehr helles und somit schwieriges Objekt“, erklärt Hartogh. Die Messdaten von unserem Nachbarplaneten enthalten deshalb deutlich stärkere Störungen als im Idealfall. „Umso wichtiger ist es, Datenanalysemethoden, die sehr schwache Signale herausfiltern sollen, mit äußerster Vorsicht anzuwenden“, fügt er hinzu.

Dass sich winzigste Mengen von Phosphin-Molekülen in den Venuswolken tummeln, können die Forscherinnen und Forscher nicht ausschließen. Die Konzentrationen wären aber so gering, dass sie sich mit JCMT und ALMA nicht aufspüren lassen.

Abhilfe könnte die ESA-Mission JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer) schaffen, die im September nächsten Jahres ins All starten und auf ihrem Weg ins Jupitersystem der Venus einen Besuch abstatten soll. Wie Modellrechnungen zeigen, wird das JUICE-Instrument SWI (Submillimeter Wave Instrument), das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, in der Lage sein, tausendfach geringere Phosphin-Konzentrationen zu detektieren. Die Forscherinnen und Forscher werden mit Sicherheit genau hinschauen.

Originalveröffentlichung

G. L. Villanueva et al.:
No evidence of phosphine in the atmosphere of Venus from independent analyses,
Nature Astronomy, 16. Juli 2021, DOI

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• Planet Venus

Der Beitrag Kein Phosphin in Venus-Wolken erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: MPS.

Auf ihrem Weg zum sonnennächsten Planeten Merkur ändert die europäisch-japanische Raumsonde BepiColombo am kommenden Donnerstag, 15. Oktober, erneut ihren Kurs. Nach dem Erdvorbeiflug im April diesen Jahres steht zu diesem Zweck jetzt der erste von insgesamt zwei Venus-Vorbeiflügen an. Er führt die Raumsonde, die vor zwei Jahren ins All gestartet wurde, in einem Abstand von 10720 Kilometern an unserem Nachbarplaneten vorbei. Einigen der wissenschaftlichen Instrumente an Bord, zu denen auch das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen beigetragen hat, bietet sich dabei die Gelegenheit, Messungen in der Umgebung der Venus durchzuführen.

Als Nachbarplanet der Erde ist die Venus irdischen Besuch unbemannter Raumsonden gewohnt. Seit 1961 haben zahlreiche Missionen den Planeten angesteuert; die europäische Sonde Venus Express untersuchte ihn mehr als acht Jahre lang aus einer Umlaufbahn und seit 2015 ist die japanische Raumsonde Akatsuki vor Ort. „Trotz der erfolgreichen Langzeitbeobachtungen früherer Sonden ist ein Vorbeiflug nicht nur ein kritisches Flugmanöver, sondern auch von wissenschaftlichem Interesse“, erklärt Dr. Norbert Krupp vom MPS, der zum Wissenschaftsteam von BepiColombo gehört. Selbst eine Momentaufnahme wie die bevorstehende kann neue Erkenntnisse liefern oder zumindest ältere Messungen überprüfen oder verfeinern.

Die Möglichkeit dazu bietet sich BepiColombo in den nächsten Tagen. Der kleinste Abstand von 10720 Kilometern zwischen Venusoberfläche und Sonde wird am Donnerstag, 15. Oktober, um 5.58 Uhr (MESZ) erreicht; die Messkampagnen einzelner Instrumente beginnen bis zu zwei Tagen zuvor und dauern bis zu vier Tage.

Zehn der insgesamt 16 Messinstrumente von BepiColombo werden während des Vorbeiflugs Daten sammeln. Zu ihnen gehören das Plasma-Teilchen-Experiment MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment), für das Forscherinnen und Forscher sowie Ingenieurinnen und Ingenieure des MPS Teile des Massenspektrometer MSA (Mass Spectrum Analyzer) entwickelt und gebaut haben, sowie das Instrument SERENA (Search for Exospheric Refilling and Emitting Natural Abundances Experiment), zudem das MPS Teile der Ionen-Kamera PICAM beigesteuert hat. Die übrigen sechs Instrumente von BepiColombo bleiben während des Vorbeiflugs ausgeschaltet. Die Raumsonde besteht aus zwei getrennten Sonden, dem Mercury Planetary Orbiter (MPO) und dem Mercury Magnetospheric Orbiter (MIO), sowie einem Transfermodul, die während der Anreise zum Merkur fest miteinander verbunden sind und so die Sicht einzelner Instrumente verdecken.

„BepiColombo wird sich der Venus von der Tagseite nähern und sich nach dem Vorbeiflug noch etwa acht Stunden im Ionenschweif der Venus aufhalten“, beschreibt Dr. Markus Fränz vom MPS die Flugbahn. „Für viele Fragestellungen, die die Magnetosphäre der Venus betreffen, ist das ausgesprochen günstig“, fügt der Wissenschaftler aus dem MPPE-Team hinzu.

Anders als die Erde besitzt die Venus kein starkes Magnetfeld, das tief in ihrem Innern entsteht und den Planeten wie eine Art Schutzschild umgibt. Allerdings wechselwirkt der Sonnenwind, der stetige Teilchenstrom von der Sonne, mit den geladenen Teilchen der Venus-Ionosphäre und erzeugt so ein vergleichsweise schwaches, induziertes Magnetfeld. Die geladenen Teilchen in der Umgebung der Venus sind darin nur schwach gebunden; auf der Nachtseite reichen sie in einer Art Ionenschweif weit ins All.

Die MPS-Forscher hoffen unter anderem darauf, dort Kohlenstoff-Ionen nachzuweisen. Sie dürften allenfalls in sehr kleinen Mengen vorkommen. „Die Messinstrumente von Venus Express konnten keine Kohlenstoff-Ionen identifizieren“, erklärt Fränz, der auch an der früheren Venus-Mission beteiligt war. Die möglicherweise vorhandenen Signale wurden von denen der deutlich häufigeren Sauerstoff-Ionen überdeckt. „BepiColombos Massenspektrometer MSA ist in der Lage, genauer zwischen Ionen ähnlicher Masse zu unterscheiden. Dieses Mal könnte es klappen“, so Fränz.

In welchen Mengen Kohlenstoff-Ionen in der Venus-Magnetosphäre auftreten, ist eine wichtige Information, die hilft, zahlreiche Prozesse in der Atmosphäre des Planeten zu verstehen. Der letzte und einzige Nachweis dieser Ionen gelang vor 24 Jahren dem Instrument CELIAS (Charge, Element and Isotope Analysis System), ebenfalls unter Mitwirkung des MPS, an Bord des erdnahen Sonnenspähers SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) der ESA und NASA. In einem ausgesprochen seltenen Ereignis erlaubte damals ein sehr konstanter Sonnenwind eine Ausdehnung des Ionenschweifes der Venus bis zur Erdbahn, sodass eine Konjunktion mit Venus die Beobachtung mit SOHO ermöglichte. „Wir sind sehr gespannt, ob wir die Kohlenstoff-Messungen von damals bestätigen können“, so Fränz.

Die Nacht des Vorbeifluges dürfte für die MPS-Forscher dennoch eine ruhige werden. „Alle Befehle für die Instrumente sind bereits programmiert, wir greifen während des Vorbeiflugs nicht mehr ins Geschehen ein“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Harald Krüger, Mitglied des Wissenschaftsteams von BepiColombo. Die Messdaten von SERENA und MPPE werden erst einige Tage später die Erde erreichen.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

Der Beitrag BepiColombo holt Schwung an der Venus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roman van Genabith. Quelle: ESA, Raumfahrer.net.

Die ESA-Sonde Venus Express (VEX) hat nach über acht Jahren das Ende ihrer Mission erreicht, nachdem ihr 570 kg umfassender Treibstoffvorrat erschöpft war. Venus Express startete am 09. November 2005 auf einer Sojus-Fregat-Trägerrakete nach einer vergleichsweise kurzen Bauzeit von drei Jahren.

Die ESA hatte um Vorschläge gebeten noch vorhandene Komponenten der bereits 2003 gestarteten Sonde Mars Express für eine weitere Planetenforschungsmission zu nutzen und schließlich einen Konstruktionsauftrag an EADS Astrium vergeben, eine 100%ige Tochter der Airbus Group, die inzwischen mit Cassidian und Airbus Military in der neuen Sparte für militärische und zivile Luft- und Raumfahrt Airbus Space aufging.

So gesehen kann man bei Venus- und Mars Express von Schwestersonden sprechen, obgleich spezifische Modifikationen vorgenommen wurden, um dem geänderten Missionsprofil gerecht zu werden. Eine davon betrifft die deutlich kleiner ausfallenden Solarpaneele von Venus Express, die aufgrund der geringeren Sonnennähe und daraus resultierenden höheren Sonneneinstrahlung zudem mit kleinen, zwischen den einzelnen Solarmodulen eingesetzten Spiegeln versehen wurden, um eine Überhitzung zu verhindern.

Nähere Details über Unterschiede und Gemeinsamkeiten führt das ESA-Papeir „The Venus Express Spacecraft System Design“ in einer vergleichenden Betrachtung auf.

Venus Express hatte beim Start eine Masse von 1270 kg, wovon 93 kg auf die Nutzlast bestehend aus wissenschaftlichen Instrumenten entfielen. Die Größe des Sondenbusses fiel mit 1,4 m × 1,65 m × 1,7 m ähnlich kompakt wie bei Mars Express aus. Die Solarzellenausleger mit einer Spannweite von acht Metern und einer Oberfläche der Panels von 5,7 Quadratmetern versorgten VEX in Erdnähe mit einer Arbeitsleistung von 800 Watt in Erdnähe und rund 1.100 Watt während des Aufenthalts bei der Venus, die die Sonde am 11. April 2006 erreichte.

Knapp einen Monat dauerte es, bis VEX am 7. Mai 2006 ihre endgültige Umlaufbahn erreichte und mit dem wissenschaftlichen Betrieb begonnen werden konnte. Zentrales Ziel der Mission war u.A. die nähere Erforschung der rund 20 km dicken, außerordentlich dichten Venusatmosphäre und ihrer komplexen Wolkenbildungsvorgänge. Dabei sollten beispielsweise Erkenntnisse über Entstehung und Ursachen des überaus starken Treibhauseffekts der Venus, sowie weitere Einblicke über die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre gewonnen werden. Darüber hinaus stand die Suche nach seismischen und vulkanischen Aktivitäten auf der Agenda.

Zudem erhofften sich die Forscher am Beispiel der Venusatmosphäre weitere Rückschlüsse über mögliche zukünftige Klimaszenerien der Erde. Zur Übertragung ihrer Forschungsdaten verfügte Venus Express über zwei Parabolantennen mit 1,3 bzw. 0,3 Metern Durchmesser, sowie zwei Rundstrahlantennen. Die S-Band-Sender mit einer Sendeleistung von fünf Watt und die X-Band-Sender mit einem Output von 65 Watt ermöglichten einen Downlink mit einer Datenrate von 19–288 kbit/s und einen Uplink mit 2000 bit/s. Zur Zwischenspeicherung von Messdaten diente ein Massenspeicher mit einem Fassungsvermögen von 1,5 GByte.

Diese Werte zeigen ein weiteres Mal sowohl die Unterschiede zu irdischer Consumertechnik, als auch die beträchtliche logistische und kreative Leistung der Raumfahrttechniker auf, die die Gewinnung signifikanter wissenschaftlicher Resultate mit stark limitierten informations- und kommunikationstechnischer Kapazitäten möglich machen.

Die Primärmissionsdauer war von der ESA ursprünglich für exakt zwei Venusrotationen, das entspricht 486 Erdtagen, angelegt worden und wurde im Februar 2007 erstmals verlängert. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Raumfahrtmissionen ihre veranschlagte Dauer teils deutlich übertreffen. Die Spezifikationen für eine als erfolgreich zu wertende Mission werden von den Ingenieuren zumeist eher konservativ angesetzt und lassen sich als eine Art Mindesthaltbarkeitsdatum verstehen, bis zu dessen Erreichen das Raumfahrzeug höchst wahrscheinlich einwandfrei funktionieren und bei voller Kapazität arbeiten sollte. Die nächste Missionsverlängerung erfolgte am 10. Februar 2009, zunächst nur bis Ende des Jahres, doch am 2. Oktober 2009 erfolgte dann die dritte Verlängerung bis Ende 2012.

Der zentrale limitierende Faktor der meisten Raummissionen ist der mitgeführte Treibstoff. Neben anderen Größen, etwa die Vorräte hoch wirksamer Kühlmittel, auf die manche Weltraumteleskope angewiesen sind, um bestimmte Instrumente zu kühlen, ist Treibstoff für Bahnkorrekturmanöver meist unverzichtbar. Venus Express hatte 570 kg Monomethylhydrazin, einen hypergolischer Raketentreibstoff, der u.A. in der Aestus-Oberstufe der Ariane 5 eingesetzt wird, sowie gemischte Stickstoffoxide als Oxidator zur Erhaltung seiner Drei-Achsen-stabilisierten Umlaufbahn an Bord. Die letzte Verlängerung der Mission bis Mitte 2015 wird die Sonde nun nicht mehr vollständig abschließen können.

Wie die ESA nun mitteilte, brach der volle Kontakt zu Venus Express bereits am 28. November 2014 ab und konnte danach nur partiell wiederhergestellt werden. In ihren letzten Monaten ließen die Missionsverantwortlichen die Sonde sogenannte Aerobraking-Manöver fliegen, bei denen das Raumfahrzeug auf die obersten Schichten einer Atmosphäre trifft und von ihnen abprallt; Raumfahrer.net berichtete.

Im Rahmen dieser Aerobraking-Kampagne näherte sich der planetennächste Punkt der Umlaufbahn zwischen Mai und Juni diesen Jahres auf eine Höhe von 130-135 km, wobei die Sonde jeweils für wenige Minuten die obersten Schichten der Atmosphäre durchflog.

Aus den Erfahrungen, die sie aus den Messdaten von Venus Express während dieser Manöver sammeln konnten, erhoffen sich die ESA-Forscher neue Strategien für den Eintritt in Planetenorbits. So können Aerobraking-Manöver bei Planeten oder Monden mit Atmosphäre dazu dienen elliptische in eher kreisförmige Umlaufbahnen zu überführen und so eine größere Menge mitzuführenden Treibstoffs einsparen helfen.

Ferner liefern sie interessante Aufschlüsse über das Verhalten von Raumsonden unter extremen thermalen Bedingungen und großen Drücken, Raumfahrer.net berichtete. Regulär lag der planetenfernste Punkt in den Jahren zuvor in einer Entfernung von rund 66.000 km über dem Südpol und der Punkt der größten Annäherung bei 200 km über dem Nordpol.

Bei der letzten der geplanten Annäherungen sei der Schub zur erneuten Anhebung der Umlaufbahn auf eine Höhe von etwa 460 km ausgeblieben, was ESA-Ingenieure auf den hierfür fehlenden Treibstoff zurückführten. Ohne aktive Steuerbarkeit kann Venus Express auch nicht länger in Richtung auf die Erde ausgerichtet werden, was eine weitere planmäßige Kommunikation verhindert.

Dennoch kann die Mission von Venus Express als äußerst erfolgreich angesehen werden. Zu den zentralen Erkenntnissen zählt u.A. die Entdeckung, dass die Venus noch über geologische Aktivität verfügt. Hierauf deuten die gemessenen großen Variationen des Schwefeldioxidanteils in der Atmosphäre ebenso hin wie die Existenz zahlreicher Lavaströme mit einem Alter von nicht mehr als 2,5 Millionen Jahren, ein in geologischen Begriffen eher kurzer Zeitraum.

Auch Hinweise auf einst große Wassermengen, womöglich sogar in Form erdähnlicher Ozeane auf der Venus zählen zu den interessanten Ergebnissen der achtjährigen Mission. Demnach ging der allergrößte Teil des Wassers im Laufe von Milliarden von Jahren am Rande der Atmosphäre verloren, wo es nach Verdunstung von der Oberfläche von Sonnenwinden abgetragen wurde. Der Verlust atmosphärischen Volumens auf der Tagseite der Venus konnte erstmals mit dem Magnetometer namens MAG konkret belegt werden.

Bemerkenswert sind überdies die messbaren Veränderungen atmosphärischer Bedingungen im Verlauf nur einer Sondenmission. So beobachteten die Forscher eine Zunahme der durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten in der Atmosphäre von 300 km/h bei VEX Ankunft 2006 auf 400 km/h nur sechs Jahre später. Die Ursachen hierfür sind noch unklar.

Auch die Verlangsamung der ohnehin schon extrem trägen Eigenrotation der Venus um 6,5 Minuten innerhalb von 16 Jahren, seit den Messungen der Magellan-Sonde der NASA, ist mit Blick auf die üblicherweise buchstäblich astronomischen Zeiträume planetarer und kosmischer Vorgänge zumindest erstaunlich zu nennen.

Die Existenz oder gar die Natur von Zusammenhängen zwischen diesen verschiedenen Entdeckungen ist völlig offen.

Am Ende der Mission blickt ein glücklicher Alvaro Giménez, ESA-Direktor für unbemannte Missionen auf acht ertragreiche Jahre zurück. Es sei eine aufregende Erfahrung gewesen dieses wundervolle Raumschiff in der Nähe der Venus zu fliegen, berichtete er. Giménez ist sich sicher, dass die Wissenschaft noch weitere Jahre von den gesammelten Daten profitieren werde.

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• Venus Express

Der Beitrag Acht Jahre erfolgreiche Erforschung der Venus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA.

Venus Express hat die kurz vor Abschluss ihrer Mission angesetzte Aerobrake-Kampagne gut überstanden. Inzwischen umläuft der Satellit die Venus in sicheren Abständen zwischen 63.000 Kilometer als Venus-fernstem und 460 Kilometer als -nächstem Punkt (Perizentrum). Ein Orbit dauert 22:24 Stunden. Vor den Atmosphärenbremsungen waren 66.000 mal 230 Kilometer mit 24 Stunden Umlaufzeit die Regel. Der für immer wieder notwendige Bahnanhebungen notwendige Resttreibstoff reicht noch bis voraussichtlich Dezember 2014, dann wird Venus Express auf den Planeten stürzen. Die Zeit bis dahin nutzt man für die Fortsetzung wissenschaftlicher Untersuchungen. Die während der Aerobrake-Manöver zum Großteil abgeschalteten Instrumente wurden wieder aktiviert.

Ob Venus Express das Eintauchen in die oberen Atmosphärenschichten der Venus übersteht, war im Vorfeld nicht ganz gewiss. Da die Missionsziele der Sonde nach acht Jahren aber erfüllt sind, entschied man sich, dieses Experiment zu wagen und so zusätzliche Erkenntnisse über Venus-Atmosphäre und das Verhalten eines Flugkörpers zu erhalten. Davon könnten künftige Missionen zu Himmelskörpern mit Atmosphäre profitieren, denn ein Aerobraking verringert die mitzuführende Treibstoffmenge für Bremsmanöver zugunsten der Nutzlast. Die detaillierte Auswertung der Daten steht zwar noch aus und wird in der Regel mit sechs Monaten Verzögerung von der ESA veröffentlicht. Bereits jetzt wurden aber ein paar interessante Ergebnisse publiziert. Bei der Absenkung des Perizentrums von 160 Kilometer auf 130 Kilometer erhöhte sich der Atmosphärenwiderstand um das Tausendfache. An einigen Messpunkten der Sonde stieg die Temperatur während der Venus-nächsten Aerobrake-Manöver innerhalb von 100 Sekunden sprunghaft um über 100 Grad Celsius an. Die Struktur der Sonde war weit mehr beansprucht als unter normalen Umständen, Schäden konnten jedoch noch nicht festgestellt werden. Die Bremswirkung auf 130 Kilometer Höhe machte sich auch in einer um eine Stunde kürzeren Umlaufzeit von Venus Express bemerkbar.

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• Venus Express

Der Beitrag Die letzten Runden von Venus Express erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA Rocket Science Blog.

Nach einer Vorbereitungs- (Walk-in-) Phase begannen die jetzigen Aerobrake-Manöver von Venus Express offiziell am 18. Juni 2014 mit einem Perizentrum (niedrigster Punkt eines Orbits) von 136 Kilometer. Venus Express absolvierte am 25. Juni 2014 die bis dahin niedrigste Flughöhe von 132,7 Kilometern. Die Höhenangabe wurde inzwischen vom Flugdynamik-Team beim European Space Operation Center (ESOC) in Darmstadt bestätigt. Sie ist leicht niedriger als im Vorfeld angekündigt, 133 Kilometer sollte die Untergrenze sein.

Offensichtlich will man sich aber noch etwas weiter nach unten tasten. Einen Atmosphärenwiderstand von bis zu 0,55 Newton/Quadratmeter möchte man der Sonde zumuten. Das wäre dann schon an der vermuteten Belastungsobergrenze. Die Planung war hinsichtlich des Maximums etwas unkonkret. Abhängig von den Zustandsdaten nach jedem Umlauf sollte Venus Express einem Atmosphärendruck von höchstens 0,4 bis 0,6 Newton/Quadratmeter ausgesetzt werden. Noch wenige Tage zuvor hat man in rund 140 Kilometer Höhe mit Hilfe der Beschleunigungsmesser an Bord einen Druck von 0,13 Newton/Quadratmeter ermittelt, was einen Eindruck von Zunahme der Atmosphärendichte über wenige Kilometer Absenkung gibt.

Kräfte des Atmosphärenwiderstandes in dieser Größenordnung sind aus Sicht der Flugingenieure jedoch nicht die eigentliche Herausforderung. Sehr viel stärkeres Augenmerk muss man laut Colin Wilson von der Universität Oxford (Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics) auf die Temperaturentwicklung an verschiedenen Bauteilen der Sonde legen. Venus Express streift die oberen Atmosphärenschichten mit 36.000 Stundenkilometern oder 10 Kilometer pro Sekunde. Dadurch schnellt die Temperatur der in Flugrichtung liegenden Flächen extrem schnell an. Am 24. Juni stieg die Temperatur an den Solarpaneelen während der rund 100 Sekunden im Perizentrum um 70 Grad Celsius. Zur Flugvorbereitung hatte man die Paneelen durch Minimierung der auf sie wirkenden Sonnenstrahlung auf minus 100 Grad Celsius abgekühlt. Während des kurzen Fluges in niedrigster Höhe schnellte diese auf plus 10 bis 15 Grad Celsius.

Für die Solarzellenpaneele ist dieser Wert an sich kein Problem. Bei Sonnenausrichtung sind auf den Oberflächen 50 Grad Celsius üblich. Bedenklich ist eher der rapide Anstieg, weil ein unterschiedliches Temperaturaufnahme- und -dehnungsverhalten einzelner Komponenten zu mechanischen oder anderen Fehlern führen kann. Ab 350 Grad Celsius würde beispielsweise die Wärmeisolierfolie der Sonde geschädigt. Wenn derartige Temperaturen drohen, müsste über das Risiko eines Verlustes der Wärmekontrolle und damit über die Funktionsfähigkeit von Venus Express nachgedacht werden.

Die Aerobrake-Manöver von Venus Express stellen nicht nur eine Herausforderung an Technik und die autonome Steuerungsfähigkeiten der Sonde. Zur Vorbereitung gehört auch die regelmäßige Bereitstellung eines Weltraumwetterberichtes durch das Space Weather Coordination Center (SSCC) der ESA in Belgien. Im Rahmen der Venus-Aerobrakes liefert das SSCC erstmals für einen fremden Planeten Weltraumwetterprognosen. Da die Sonnenaktivität großen Einfluss auf die Atmosphärendichte und Strahlung in großen Höhen hat und diese wiederum die Flugbahn beeinflussen können, ist es notwendig, die Weltraumwetterdaten zur jedem Zeitpunkt zu kennen. Seit Mai werden von den VEX-Flugoperateuren die täglichen Weltraumwetterberichte des SSCC bei der Auswertung der Flugdaten berücksichtigt. Adam Williams, Stellvertretender VEX-Flugleiter am ESOC in Darmstadt, rechnet allerdings nicht damit, dass die Aerobrake-Umläufe, die unter der Annahme üblicher Sonnenaktivität geplant wurden, korrigiert werden müssen. Die Wetterdaten sind in erster Linie wichtig, weil damit nachträglich ein eventuell unerwartetes Verhalten der Sonde erklärt werden könnte. Im Ernstfall, etwa wenn die Strahlung die der Navigation dienenden Sternensensoren lahmzulegen droht, könnte man aber auch korrigierend eingreifen.

Die Weltraumwetterrohdaten werden von verschiedenen ESA- und NASA-Satelliten so schnell wie möglich an das SSCC geliefert. Hinzu kommen Daten von Sonnenbeobachtungsstationen am Boden (Expert Service Centres). Beim SSCC hat man den Anspruch, täglich einen Bericht über augenblickliche Weltraumwetterlage und eine Kurzfristprognose der Sonnenaktivitäten und ihre Auswirkungen auf die Venus-Atmosphäre abzugeben. Bei unerwarteten Sonnenaktivitäten wird zusätzlich ad hoc eine Kurzanalyse verfasst. Weltraumwetterberichte für die Erde und ihre nähere Umgebung sind, so Juha-Pekka Luntama vom Büro für das Space Situational Awareness-Programm der ESA, inzwischen durchaus Routine. In Sachen Venus bringen sie aber einige neue Herausforderungen mit sich. Da ist zum einen die Planetenstellung, die Venus läuft momentan rund 59 Grad vor der Erde um die Sonne, und zum anderen die komplexe Venus-Atmosphäre. Das Problem – es fehlt ein sonnenbeobachtender Satellit zwischen Sonne und Venus. Entsprechend müssen die Weltraumwettervorhersagen bezüglich der Erde für die Venus angepasst werden. Die auch beim Weltraumwetter üblichen Prognoseunsicherheiten werden dadurch eher noch größer.

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• Venus Express

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA, ESA-Blog, Raumcon.

Venus Express umkreist den zweiten Planeten in gegenwärtig 24 Stunden auf einer hochelliptischen Umlaufbahn. Der Venus-fernste Punkt des Orbits ist mit rund 66.000 Kilometer über dem Südpol erreicht. Der Venus am nächsten (Perizentrum) ist über dem Nordpol. Die noch unter „Routine“ fallenden Überflüge des Nordpols fanden in mindestens 190 Kilometer Höhe statt. Die nun anstehenden Atmosphärenbremsmanöver bringen beim European Space Operation Center in Darmstadt nochmal etwas Spannung ins Programm. Mit dem programmieren des Aerobrake-Flugmodus hat man bereits vor Monaten begonnen. Seit 20. Mai 2014 läuft die engere Vorbereitungsphase. Im Rahmen dieses „walk-in“ senkt man das Perizentrum schrittweise und testet die programmierten Aerobrake-Einstellungen zunächst in unproblematischen Höhen. Ab 18. Juni 2014 beginnen die eigentlichen Atmosphärenbremsversuche. Sie laufen, wenn alles gut geht, bis 11. Juli 2014. Begrenzt wird der Zeitraum durch die zu Ende gehenden Treibstoffvorräte. Sie sollen zwar dafür ausreichen, die Berechnungen sind aber durch erhebliche Unsicherheit geprägt.

Venus Express wird ab 18. Juni bei jedem Umlauf immer tiefer in die Venus-Atmosphäre eintauchen, von anfänglich 197 Kilometer bis hinab auf 130 Kilometer. Die Sonde wird dabei in begrenztem Maße Messungen durchführen. So soll die Atmosphärenzusammensetzung analysiert und Daten über das Magnetfeld, den Sonnenwind, die Temperaturen und den Atmosphärenwiderstand aufgezeichnet werden. Für Planetenforscher ist das eine fast einmalige Gelegenheit, weitere Erkenntnisse über die Zusammensetzung der oberen Atmosphärenschichten der Venus zu erlangen. Die Flugingenieure versprechen sich wichtige Erfahrungswerte zum Flugverhalten einer derartigen Sonde in einer im Vergleich zur Erde höchst andersartigen Atmosphäre. Diese könnten in das Design künftiger Missionen einfließen, denn eine Atmosphärenbremsung reduziert die für Bremsmanöver mitzuführenden Treibstoffvorräte. Venus Express bietet die seltene Möglichkeit, Programme für einen autonomen Flug in den hohen Atmosphärenschichten fremder Himmelskörper zu testen und die Unsicherheitsfaktoren einzugrenzen.

Während eines jeden Aerobraking-Manövers wird die Sonde so ausgerichtet, dass sie und ihre Solarpaneele einen möglichst hohen Luftwiderstand erzeugen (ESA-Video hier). Das bedeutet auf der anderen Seite, dass die Antenne nicht auf die Erde gerichtet und eine Kommunikation nicht möglich ist. Doch auch aufgrund der Entfernung zur Erde (momentan 164 Millionen Kilometer) und entsprechenden Signallaufzeiten muss sich die Sonde in jeder Situation selbstständig steuern können. Ganz unvorbereitet ging man beim ESOC nicht die jetzigen Aerobrake-Versuche. Im Rahmen einzelner Umläufe führte man Venus Express in den letzten Jahren auch schon mal unter die Sicherheitsgrenze von 175 Kilometer bis auf 165 Kilometer hinunter, um die auf die Sonde wirkenden Kräfte und ihr „Flugverhalten“ zu messen. Senkt man nun das Perizentrum noch weiter auf 130 Kilometer oder sogar noch darunter, erfordert dies laut Adam Williams, Venus Express Operations Manager am ESOC, eine spezielle und äußerst vorsichtige Flugkontrolle. Ob jedes der jeweiligen Aerobrake-Manöver gelingt, sei dabei keinesfalls gewiss und erst mit Zeitverzögerung feststellbar. Rund zwei Stunden nach jedem Aerobrake werden die gewonnenen Flugdaten über die Bodenstation Cerberos in Spanien abgerufen. Erst dann wird der Zustand von Venus Express klar sein.

Williams sieht eine nicht geringe Wahrscheinlichkeit, dass der verbliebene Treibstoff aufgrund unvorhergesehener, aber notwendiger Steuerbefehle vorzeitig zu Ende geht oder die Sonde aufgrund der auftretenden Reibungshitze und einer an die Grenzen angekommenen elektrischen Energieversorgung das Aerobraking nicht überlebt. Ein solches Manöver beanspruche die Batterien ganz erheblich. Letztendlich könnten Schäden an der Hochgewinn-(High-Gain-)Antenne die Kommunikation mit dem ESOC unmöglich machen.

Sollte Venus Express die Versuche bis zum 11. Juli 2014 ohne gravierende Schäden überstehen und noch Treibstoff vorhanden sein, wird sie wieder auf eine höhere Umlaufbahn gebracht und kann dort ihr wissenschaftliches Programm fortsetzen. Wenn im optimistischen Szenario gegen Ende 2014 der letzte Treibstoff verbraucht ist, wird Venus Express in der Venus-Atmosphäre verglühen.

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• Venus Express

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Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: ESA.

Bei der Untersuchung des Sonnenlichts, welches in der Region des Terminators, der Tag-Nacht-Grenze, die Venusatmosphäre passierte, wurde entdeckt, dass es etwa 125 km über der Oberfläche eine Schicht gibt, welche bis zu -175 °C kalt ist. Diese Temperatur ist niedriger als die kältesten Temperaturen in der Erdatmosphäre, was sehr ungewöhnlich ist, da die Venus sehr viel näher an der Sonne ist und unter anderem dafür bekannt ist, insgesamt sehr warm zu sein.

Die Kälte in der Atmosphäre würde dazu ausreichen, dass sich Eis und Schnee aus Kohlenstoffdioxid bilden kann, dem Hauptbestandteil der Schutzhülle unseres Nachbarplaneten. Aus den Eispartikeln könnten sich Wolken bilden, welche das Sonnenlicht stark reflektieren würden.

Bei den Untersuchungen wurde auch herausgefunden, dass die kalte Schicht am Terminator von für die Verhältnisse der Venus normalwarmen Schichten umgeben ist. Die Messungen konnten durch andere Datensätze von Venus Express bestätigt werden. Dabei flossen auch Daten ein, die während des diesjährigen Venustransits gemessen wurden.

Håkan Svedhem, Projektwissenschaftler für Venus Express, sagte dazu: „Die Entdeckung ist sehr neu und wir müssen noch darüber nachdenken und verstehen, was sie für Konsequenzen hat. Allerdings ist sie speziell, da wir an den Terminatoren in den Atmosphären von Erde und Mars, welche andere chemische Zusammensetzungen und andere Temperaturbedingungen haben, keine ähnlichen Temperaturprofile sehen.“

Venus Express wurde von der europäischen Weltraumagentur ESA finanziert und von EADS Astrium und anderen Unternehmen gebaut. Der Start erfolgte am 9. November 2005 an Bord einer Sojus-Fregat von Baikonur aus. Seit dem 11. April 2006 befindet sich die Sonde in einem Orbit um den inneren Nachbarplaneten der Erde.

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Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: ESA.

Da die Atmosphäre unseres Nachbarplaneten relativ weit nach außen reicht, wird die um diesen kreisende Sonde Venus Express ständig gebremst und sinkt dadurch ab. Um dies auszugleichen, fanden am 26. und am 28. Februar zwei Orbitkorrekturen statt, bei denen die Periapsis (der tiefste Punkt der Umlaufbahn) um mehr als 120 Kilometer angehoben wurde. Solche Operationen sind regelmäßig notwendig, um ein Verglühen der Sonde in der Atmosphäre zu verhindern.

An Bord von Venus Express gibt es eine sehr simple Uhr, welche einfach die Zeit seit Missionsbeginn hochzählt. Sie hat den Vorteil, dass sie Gewicht und Kosten spart, jedoch ist sie relativ ungenau, so dass regelmäßig nachkorrigiert werden muss. Ein solches Kommando wurde am 28. Februar gesendet.

Die Instrumente des Planetenerkunders arbeiteten weitgehend normal, allerdings gab es einen Datenverlust, als Daten des Magnetometers zur Erde gesendet werden sollten. Aufgrund eines Servofehlers an der Antenne der Bodenstation in Spanien gingen einige Datenpakete auf dem Weg verloren. Da sie nicht an Bord zwischengespeichert wurden, sind die Daten verloren und können nicht wiederhergestellt werden.

Aufgrund einer besonderen Orbitphase mussten bei der Kommunikation mit der Erde einige besondere Maßnahmen getroffen werden, um ein Beschädigen der Sonde zu verhindern, denn nur zwei Seiten („X+“ und „Z+“) der Oberfläche der Sonde dürfen durchgehend zur Sonne zeigen, ohne dass das Raumschiff überhitzt. Eine weitere Seite („X-“), hätte in der aktuellen Flugphase während der Kommunikation mit der Bodenstation zur Sonne gezeigt, was verhindert werden musste.

Dazu wurde Venus Express während des Kommunikationsvorgangs gedreht. Jedoch wurde dabei die Hauptantenne (HGA, High Gain Antenna) so geschwenkt, dass sie nicht mehr zur Erde „schauen“ konnte. Dies wurde beim Design der Sonde berücksichtigt und es wurde Redundanz in Form einer zweiten Antenne (HGA2) geschaffen. Diese Antenne wurde dann für die Datenübertragung genutzt.

Venus Express wurde von der europäischen Weltraumagentur ESA finanziert und von EADS Astrium und anderen Unternehmen gebaut. Der Start erfolgte am 9. November 2005 an Bord einer Sojus-Fregat von Baikonur aus. Seit dem 11. April 2006 befindet sich die Sonde in einem Orbit um den inneren Nachbarplaneten der Erde.

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Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: ESA.

In der Zeit vom 8. bis zum 19. Januar fand die siebte Messkampagne des „Atmospheric Drag Experiment“ statt, welches die Dichte der Venusatmosphäre messen soll. Dazu befand sich die Sonde in einem Orbit mit einem Apozentrum (venusfernster Punkt) von 66.000 km, das Perizentrum (venusnächster Punkt) sank mit jedem Orbitumlauf.

Um die Messungen durchzuführen, wurden beim Durchflug der oberen Atmosphärenschichten in Höhen von bis zu 175 Kilometern die Solarpaneele der Sonde leicht geneigt, woraufhin die Sonde sich zu drehen begann. Die dabei durch die Reaktionskontrollräder gemessene Drehgeschwindigkeit ließ dann Rückschlüsse auf die Atmosphärendichte zu.

Nach dem Ende der Messkampagne wurde der Orbit von Venus Express wieder angehoben: Am 22. Februar wurde zunächst das Apozentrum angepasst. Zwei Tage später, am 24. Februar wurden dann das Perizentrum aus den oberen Atmosphärenschichten hinaus auf 310 km angehoben.

Neben den oben genannten Untersuchungen der Atmosphären arbeiteten auch die anderen Experimente normal, nur bei zweien traten kleine Anomalien auf:

• Das ASPERA-Experiment, welches neutrale und elektrisch geladene Teilchen misst, verlor am 20. Januar einen Teil seiner Daten. Aufgrund einer Spannungsspitze konnten für etwa 100 Minuten keine Daten gespeichert werden.
• Gleich zwei Fehler traten bei der Kamera VMC auf: Zum einen gab es am 19. Januar eine unerwartete Trennung zwischen Instrument und Speicher, so dass für 40 Minuten die Ergebnisse nicht gesichert werden konnten. Wenige Tage später, am 26. Januar, war der zugewiesene Speicher voll und etwa 12 MB wurden überschrieben und konnten nicht wiederhergestellt werden.

Zuletzt wurde für in eine Missionsphase mit größerer Dunkelheit der Batterieladestand von 80 auf 100 % erhöht, um genug Energie bereitzustellen. Normalerweise wird der Ladestand niedrig gehalten, um die Lebensdauer zu verlängern.
Die Sonde Venus Express wurde von der europäischen Weltraumagentur ESA am 9. November 2005 gestartet und erreichte unseren Nachbarplaneten am 11. April 2006.

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Ein Beitrag von Simon Plasger. Quelle: ESA.

Wissenschaftliche Untersuchungen der europäischen Sonde Venus Express haben ergeben, dass sich in einer Höhe von etwa 100 km über der Venusoberfläche eine dünne Ozonschicht befindet. Ozon (O₃) ist ein Molekül, das aus drei Sauerstoffatomen besteht. Die Ozonschicht der Erdatmosphäre befindet sich in einer Höhe von 15-50 km und spielt eine wichtige Rolle im Klimahaushalt des blauen Planeten.
In der Erdatmosphäre entsteht Ozon, wenn Sauerstoff-Moleküle (O₂) durch starke Sonneneinstrahlung in einzelne Atome zerfallen. Diese können nun mit anderen Sauerstoff-Molekülen reagieren, wodurch dann Ozon entsteht. Diese Reaktionen finden auch in den Atmosphären anderer Planeten statt. So wurden vor 40 Jahren erste Spuren von Ozon in der Marsatmosphäre gefunden. Bislang gab es bei der Venus keine Hinweise darauf, obwohl das Vorhandensein immer wieder vorhergesagt wurde.

Nun nutzte die Sonde Venus Express das Instrument SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus), um die Atmosphäre des Planeten zu untersuchen. Dazu wurde das Licht eines entfernten Sternes beobachtet, nachdem es die Lufthülle der Venus durchquert hatte. Indem gemessen wurde, wie stark es dabei verändert wurde, konnten Astronomen indirekt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Atmosphäre ziehen.

Die Ozonschicht der Venus ist extrem dünn, ihre Dicke beträgt nur etwa ein Tausendstel der irdischen Ozonschicht. Trotzdem wird die Erkenntnis, dass sie vorhanden ist, die Suche nach Leben auf anderen Planeten verbessern.

Venus Express wurde am 9. November 2005 an Bord einer Sojus-Fregat von Baikonur aus gestartet und befindet sich seit dem 11. April 2006 in einem Orbit um die Venus. Als derzeit einziges Raumschiff untersucht sie die Eigenschaften des erdnächsten Planeten.

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

Den Blick auf die Oberfläche der Venus versperren dichte Schwefelsäurewolken. Die Säuretröpfchen bilden sich in Höhen zwischen 50 und 70 Kilometern, wenn Schwefeldioxid aus Vulkanen sich mit Wasserdampf verbindet. Überschüssiges Schwefeldioxid sollte eigentlich schnell durch die in Höhen über 70 Kilometer vorherrschende intensive Sonnenstrahlung zersetzt werden. Deshalb war es eine Überraschung, dass Venus Express im Jahre 2008 in 90 bis 110 Kilometern Höhe über der Venusoberfläche Schichten von Schwefeldioxid feststellte. Niemand wusste zu sagen, woher dieses Schwefeldioxid kommt.

Computersimulationen, die Xi Zhang vom Caltec aus den Vereinigten Staaten von Amerika zusammen mit Kollegen aus dem eigenen Land sowie aus Frankreich und Taiwan durchführte, lieferten jetzt eine mögliche Erklärung. Vermutlich verdampft ein Teil der Schwefelsäuretröpfchen in der Hochatmosphäre, und das so entstandene Schwefelsäuregas kann durch die Sonneneinstrahlung so zerstört werden, dass Schwefeldioxid entsteht.

Håkan Svedhem, Venus-Express-Projektwissenschaftler, sagte, eine Schwefelschicht in solch großer Höhe habe man eigentlich nicht erwartet, nun sei man jedoch in der Lage, die Messungen zu erklären. Die neuen Ergebnisse legten außerdem nahe, dass der Schwefelkreislauf in der Atmosphäre der Venus komplizierter ist als zunächst gedacht.

Für das Wissen über den Planeten Venus sind die neuen Erkenntnisse eine willkommene Bereicherung. Darüber hinaus können sie eine Warnung sein, dass sich vorgeschlagene Wege zur Verlangsamung der Klimaveränderungen auf der Erde vielleicht als weniger effektiv erweisen als ursprünglich erwartet.

Der Nobelpreisgewinner Paul Crutzen hatte sich jüngst dafür stark gemacht, große Mengen Schwefeldioxid in rund 20 Kilometern Höhe in die Erdatmosphäre einzubringen, um der globalen, durch Treibhausgase verursachten Klimaerwärmung entgegenzuwirken. Der Vorschlag stützt sich auf die Beobachtung starker Vulkanausbrüche, bei welchen Schwefeldioxid in die Atmosphäre geschleudert wurde. So geschah es insbesondere bei einem Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991, als das Gas 20 Kilometer Höhe erreichte, und sich dort kleine Tropfen konzentrierter Schwefelsäure bildeten. Diese denjenigen in den Venuswolken gleichenden Tröpfchen verteilten sich anschließend in einer Dunstschicht um die Erde. Weil der Dunst einen Teil der Sonnenstrahlung reflektierte, kühlte sich die gesamte Erde um rund 0,5 Grad Celsius ab.

Das Verdampfen von Schwefelsäure in der Venusatmosphäre ist ein Hinweis darauf, dass ein künstlicher Eintrag von bedeutenden Mengen Schwefeldioxid in die Erdatmosphäre vielleicht nicht zur erwarteten Temperatursenkung führt. Nicht bekannt ist nämlich, wie schnell sich eine teilweise reflektierende Dunstschicht in der Erdatmosphäre in gasförmige Schwefelsäure verwandelt und sich dabei auflöst. Gasförmige Schwefelsäure lässt Sonnenstrahlung ungehindert passieren.

Jean-Loup Bertaux von der französischen Universität Versailles-Saint-Quentin, der den Sensor SPICAV an Bord von Venus Express betreut, ist davon überzeugt, dass es notwendig ist, sehr genau zu prüfen, welche möglichen Folgen eine künstliche Schicht von Schwefelsäuretröpfchen in der Erdatmosphäre haben kann. Für ein derartiges Geo-engineering am eigenen Planeten ist das, was man über die Schwefelsäurewolken in der Venusatmosphäre lernen kann, sicher relevant, glaubt Bertaux.

Venus Express liefert uns auf der Erde Daten von einem Experiment, das die Natur für uns auf der Venus durchführt. Davon können wir lernen, bevor wir Experimente mit unserer eigenen Welt unternehmen.

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Ein Beitrag von Daniel Schiller und Günther Glatzel. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittinger.

Mit Instrumenten konnte man bisher die Atmosphäre der Venus bis in eine Höhe von 140 Kilometern „direkt“ beobachten. Für Höhen darüber ist man auf Widerstandsexperimente angewiesen, um Grundparameter der Atmosphäre festzustellen. Dabei durchfliegt eine Sonde Teile der Hochatmosphäre, wodurch sie messbar abgebremst wird. Dabei wirkt ein Kraftmoment, welches aus der Bahnänderung berechnet werden kann.

Bisher hatte man nur ähnliche Datensätze durch US-amerikanische Orbiter (Pioneer Venus Orbiter und Magellan) aus den Äquatorregionen. Die Messungen von Venus Express haben nun aber bereits eine Abweichung von 60 % zu den bisherigen einfachen Modellvorhersagen zur Dichte in 180 Kilometern Höhe ergeben.

Bisher ist Venus Express bis auf 175 Kilometer im Perizentrum, dem venusnächsten Punkt der elliptischen Umlaufbahn, abgestiegen. Kommende Woche sollen nun 165 km erreicht werden. Man tastet sich also langsam voran, um für jeden Schritt die neusten Modellvorhersagen nutzen zu können.

Dabei wendet man einen zusätzlichen Trick an. Man stellt die Solarzellenpaneele der Sonde so, dass eines von beiden maximalen Luftwiderstand bietet, das andere minimalen. Dadurch erreicht man, dass auf die Sonde ein Drehmoment wirkt. Bisher reichen die Drallräder an Bord aus, um das äußere Drehmoment beim Durchfliegen der Atmosphäre auszugleichen und dabei auch präzise zu messen. In Zukunft wird man diese Ergebnisse direkt für den Betrieb der Sonde nutzen. Man möchte das Apozentrum durch Aerobraking deutlich absenken, um die Störung durch die Sonne zu reduzieren, und so den Korrekturbedarf. Damit soll der Treibstoff an Bord bis jenseits 2015 reichen, wenn man 2012 die Absenkung vornimmt.

Venus Express startete am 9. November 2005 und erreichte die Venus am 11. April 2006. Bis zum 7. Mai wurde die Exzentrizität der zunächst stark elliptischen Umlaufbahn verringert, der Arbeitsorbit war erreicht. An Bord der etwa 1,2 t schweren, von Astrium gebauten Sonde befinden sich 6 aktive und ein passives Instrument, mit denen vorwiegend die Venusatmosphäre untersucht wird. Venus Express wurde im Wesentlichen aus Ersatzteilen der Sonde Mars Express zusammengebaut.

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• Astronomie: Planet Venus
• Raumfahrt: Venus Express

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Ein Beitrag von Daniel Schiller. Quelle: ESA.

Durch die natürliche Entwicklung des hochelliptischen 24-Stunden-Orbits hatte sich das Perizentrum unter 180 Kilometer abgesenkt. Diese Nähe eröffnete erneut die Möglichkeit, verschiedene Widerstands- und Gravitationsexperimente in der äußersten Atmosphäre der Venus durchzuführen, bevor der Orbit wieder angehoben werden musste:

• Atmosphärisches-Widerstands-Experiment 3b (ADE 3b)
  Zwischen dem 11. und 16. April 2010 wurden erneut die kumulierten Einflüsse des atmosphärischen Widerstands gemessen. Dabei wurden durch die ESA-Station New Norcia ausschließlich vom Orbiter ausgesandte Trackingdaten erfasst. Das Entladen der Reaktionsräder wurde in die Kommunikationsphasen außerhalb des Perizentrums mit der Station in Cebreros gelegt.
• Kippexperiment der Solarzellen
  Die beiden Solarzellen der Sonde wurden bei Perizentrumspassagen asymmetrisch angestellt. Das so durch den atmosphärischen Widerstand erzeugte Moment konnte in den Reaktionsrädern an Bord gemessen werden, welche die Störung ausglichen. Insgesamt wurden am 3. April und vom 12.-16. April sechs Versuche durchgeführt. Bei jedem Versuch wurde die Asymmetrie der Solarzellen erhöht, und so auch das Störmoment.
• VeRa-Gravitationsexperimente
  Zwischen dem 11. und 16. April 2010 wurden parallel zu den Widerstandsexperimenten tägliche Radio-Science-Messungen der Orbitstörungen durch die Massenverteilung der Venus durchgeführt.

• Orbit-Kontroll-Manöver (OCM)
  Nach dem Abschluss der Widerstandsexperimente war die Perizentrumshöhe fast auf die minimal erlaubten 175 Kilometer abgesunken. Am 17. April 2010 wurde das Perizentrum durch eine Beschleunigung um 5,978 m/s um 96,65 Kilometer angehoben
• Delta Differential One-Way Ranging (DDOR)
  Mit den beiden ESA-Stationen New Norcia und Cebreros wurde die Sonde am 10. April gleichzeitig verfolgt. Durch diese hochgenauen Messungen der Sondenposition sollten die aktuellen Ephemeriden der Venus selbst bestimmt werden.

Insgesamt arbeitet Venus Express weiterhin nominal. Im Lagekontrollsystem sind dabei zwei Besonderheiten aufgetreten. In Reaktionsrad 2 kommt es wiederholt zu höheren Reibungswerten der Lager, während die Sonde zur Erde ausgerichtet ist. Ursache sind erhöhte Temperaturen in dieser Konfiguration. Reaktionsrad 4 zeigte für fünf aufeinander folgende Tage ebenfalls erhöhte Reibungswerte, arbeitet momentan aber wieder nominal. Der Vorfall wird noch untersucht.

Der Beitrag Venus Express – Statusbericht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: ESA.

In der vergangenen Woche wurden erneut ein Solarzellenausleger des seit dem 11. April 2006 um die Venus kreisenden Orbiters Venus Express eingesetzt, um diesen in den dünnen Schichten der Hochatmosphäre des Planeten geringfügig abzubremsen. Die Bahn von Venus Express führte dabei teilweise in nur noch rund 180 Kilometern Höhe über die Planetenoberfläche. Die durch den aerodynamischen Widerstand erzeugten Kräfte würden eine Drehung des Raumfahrzeuges verursachen, wenn dessen Reaktionsräder dem nicht entgegenwirken. Aus dem zum Halten der Lage auf der Flugbahn nötigen Einsatz der Reaktionsräder sind Rückschlüsse auf die Dichte der Hochatmosphäre möglich.

Zwischen dem 12. und dem 16. April 2010 war Venus Express mit unterschiedlichen Stellungen seiner Solarzellenausleger unterwegs, wobei einer der beiden Ausleger immer zur Sonne ausgerichtet blieb, um die Energieversorgung während der Versuchsreihe sicherzustellen. Am 16. April 2010 wurde der zur Widerstandserzeugung verwendete Ausleger schließlich in um 45 Grad gedrehten Positionen eingesetzt, um zusätzliche Informationen über die in der Hochatmosphäre auf den Ausleger auftreffenden Moleküle zu gewinnen.

Am 21. April 2010 berichtete die europäische Weltraumorganisation ESA, dass die neuerliche Kampagne von Widerstandsexperimenten in der Venusatmosphäre ohne Probleme abgeschlossen wurde. Venus Express hat wieder einmal gezeigt, dass der Orbiter sicher eingesetzt werden kann, um die Dichte der Venusatmosphäre mit hoher Genauigkeit zu messen.

Den Atmospährenmesskampagnen in den Jahren 2008 und 2009 sowie im Februar und April 2010 sollen auch im Oktober 2010 und im Jahre 2011 weitere entsprechende Einsätze von Venus Express folgen. Möglicherweise wird der Orbiter dann tiefer in die Atmosphäre der Venus eindringen, wenn eine Auswertung der bisher gewonnenen Daten ergibt, dass dies, ohne das Raumfahrzeug substanziell zu gefährden, möglich ist.

Venus Express ist mit zwei symmetrischen Solarzellenauslegern ausgestattet. Mit Hilfe der Galliumarsenid-Zellen auf den Auslegern können im Venusorbit bis zu 1.400 Watt elektrischer Leistung bereitgestellt werden. Die Gesamtfläche der Ausleger beträgt 5,7 Quadratmeter.

Raumcon:

• Venus Express

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