Rosetta: Fünf Landeplatzkandidaten für Philae

Am 6. August 2014 erreichte die Raumsonde Rosetta den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko. Mittels der detaillierten Informationen, welche die Raumsonde in den vergangenen Wochen gewonnen hat, haben die an der Mission beteiligten Mitarbeiter jetzt fünf mögliche Stellen ausgewählt, an denen am 11. November 2014 der von der Raumsonde mitgeführte Lander Philae auf der Oberfläche des Kometen abgesetzt werden könnte.

Erstellt von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, ESA

Nach einem mehr als zehn Jahre andauernden Flug durch unser Sonnensystem, bei dem eine Distanz von rund 6,4 Milliarden Kilometern zurückgelegt wurde, erreichte die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Rosetta am 6. August 2014 das Ziel ihrer Reise – den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko (der Einfachheit halber ab hier als “67P” abgekürzt) . Seitdem ‘begleitet’ Rosetta den Kometen, ohne sich dabei jedoch zunächst in einer wirklichen Umlaufbahn um 67P zu befinden.

Seitdem waren die an der Rosetta-Mission beteiligten Wissenschaftler damit beschäftigt, den Kometen mit den elf Instrumenten an Bord der Raumsonde genauer zu untersuchen und zu charakterisieren. Neben den verschiedenen Messinstrumenten wird hierfür die OSIRIS-Kamera – die vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelte und betriebene Hauptkamera an Bord von Rosetta – eingesetzt. Weitere Aufnahmen des Kometenkerns liefert die Navigationskamera der Raumsonde.

Der Kometenlander Philae – Landeplatz gesucht…

Neben der allgemeinen Charakterisierung des Kometen dienen diese Daten allerdings auch dazu, um einen geeigneten Landeplatz für den von der Raumsonde mitgeführten Kometenlander Philae zu finden. Philae soll nach dem derzeitigen Planungsstand am 11. November 2014 auf der Oberfläche von 67P niedergehen und dort anschließend über einen Zeitraum von mindestens zwei Tagen mit den zehn mitgeführten Instrumenten weitere Daten direkt von der Kometenoberfläche aus sammeln.

Zwecks einer Vorauswahl für das zukünftige Landegebiet von Philae trafen sich am vergangenen Wochenende die Mitarbeiter der “Landing Site Selection Group” in Toulouse/Frankreich, um aus einem ersten, vorläufigen Kreis von zehn Kandidaten die fünf vielversprechendsten Landeplätze auszuwählen.

Aufgrund der ‘Unebenheit’ des Geländes – auf der Oberfläche von 67P befinden sich nicht nur relativ ‘flache’ Regionen, sondern auch zahlreiche Risse, Hänge, Krater und größere Felsblöcke – kommen hierfür allerdings nur wenige Regionen in Frage.

Verschiedene Kriterien müssen hierbei bedacht werden…

Hierbei mussten von den beteiligten Wissenschaftlern und Ingenieuren verschieden Kriterien berücksichtigt werden. Aus rein wissenschaftlicher Sicht ist dabei natürlich eine Landezone erstrebenswert, welche ein möglichst aktives, ausgasendes, aber auch ursprüngliches Gebiet beinhaltet, in dem die Oberfläche von 67P seit seiner Entstehung vor etwa 4,5 Milliarden Jahren nur geringfügige Veränderungen erfahren hat.

Allerdings muss die Landezone auch verschiedenen anderen Kriterien entsprechen. Unter anderem müssen hierbei die Beleuchtungsverhältnisse bedacht werden, welche in der ausgewählten Landezone vorherrschen. Philae ist mit einer Batterie ausgestattet, welche genügend Energie liefert, um die mitgeführten Instrumente über einen Zeitraum von zunächst mindestens zwei Tagen zu betreiben. Weitere Energie wird durch Solarzellen gewonnen, welche sich an der Außenhülle des Landers befinden.

Kann in der Folgezeit durch die Solarzellen nicht genügend Energie generiert werden, weil der Lander zum Beispiel im Inneren eines tiefen Kraters oder unmittelbar am Rand eines Hanges niedergegangen ist, so hat dies negative Auswirkungen auf die geplante “Long term science phase”, jener Phase, in der die Instrumente des Landers die Entwicklung des Kometen auf seinem weiteren Weg in das innere Sonnensystem über einen möglichst langen Zeitraum weiter untersuchen sollen. Angepeilt ist hierzu, dass der Lander an seinem Landeort pro Tag mindestens für einen Zeitraum von sechs Stunden direkt von der Sonne beschienen wird.

Aber auch ‘zu viel Sonnenlicht’ muss vermieden werden, da eine permanente Sonnenlichteinstrahlung ein Überhitzen des Landers zur Folge haben könnte, wodurch die Lebensdauer von Philae beziehungsweise einzelner Instrumente unter Umständen deutlich reduziert werden könnte.

Und auch die Zeitspanne, welche zwischen der Trennung des Landers von der Raumsonde Rosetta bis zur eigentlichen Landung auf der Kometenoberfläche vergeht, hat Auswirkungen auf die geplanten Untersuchungen. Je länger der Landevorgang dauert, desto weniger Energie steht Philae nach seiner Landung für die erste wissenschaftliche Phase auf der Kometenoberfläche zur Verfügung. Optimalerweise sollten die Energiereserven der Bordbatterie ausreichen, um die Instrumente zunächst über einen Zeitraum von rund 64 Stunden unabhängig von der Sonnenenergie zu betreiben.

Ein weiterer Faktor ist die weitflächige Beschaffenheit der Oberfläche im Landegebiet, da dieses nur mit einer Genauigkeit von etwa einem Kilometer festgelegt werden kann. Somit darf die Landezone nicht zu sehr zerklüftet sein und zudem nur über eine begrenzte Anzahl von Vertiefungen, größeren Felsbrocken oder steilen Hängen verfügen, da eine Landung ansonsten zumindestens riskant wäre. Setzt der Lander nicht exakt in einem angepeilten flachen Gebiet auf, so könnte er in dem angrenzenden Gelände auf eine für die Landung ungeeignete Umgebung treffen.

Nicht zuletzt muss die Landezone von Philae auch mit dem Rosetta-Orbiter erreichbar sein. Selbst unter der Berücksichtigung aller denkbaren Geschwindigkeiten, Flugbahnen und Orientierungen der Raumsonde relativ zu dem Kometen im Moment des Abdockens des Landers sowie die verschiedenen möglichen Ablösegeschwindigkeiten der Landeeinheit selbst können nicht alle Punkte der Oberfläche von 67P durch Philae erreicht werden. Und auch in der Folgezeit muss Rosetta diese Region regelmäßig überfliegen und dabei mit Philae kommunizieren können. Da der Lander nicht direkt mit der Erde kommunizieren kann, sondern Rosetta als ‘Realissation’ benötigt, können die gewonnenen Daten nur auf diese Weise zur Erde gelangen beziehungsweise neue Betriebskommandos den Kometenlander erreichen.

Fünf Kandidaten bestanden das bisherige Auswahlverfahren

67P setzt sich aus einem kleineren ‘Kopf’, einem größeren ‘Körper’ und einem schmalen, aber anscheinend sehr aktiven ‘Hals’ zusammen. “Wenn man die außergewöhnliche Form und die globale Topografie des Kometen sieht, ist es sicherlich keine Überraschung, dass viele Gebiete gleich aus der Auswahl herausfielen”, so Dr. Stephan Ulamec, der Philae-Projektleiter vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).”Es waren schwierige Beratungen, aber wir haben einige Stellen identifizieren können, mit denen sowohl die Flugingenieure als auch die Wissenschaftler sehr zufrieden sind”, ergänzt Dr. Hermann Böhnhardt vom MPS, der wissenschaftlicher Leiter der Landemission.

Erfolg versprechende Landeplatzkandidaten befinden sich laut der Meinung der beteiligten Wissenschaftler demzufolge auf den beiden Hauptteilen des Kometen. Gleich drei mögliche Landezonen befinden sich auf dem ‘Kopf’, zwei weitere auf dem ‘Körper’. Die ‘Halsregion’, welche vielen Wissenschaftlern aufgrund ihrer auffälligen hellen Färbung besonders interessant erscheint, bietet dagegen nicht die nötigen Voraussetzungen für eine sichere Landung und dem anschließenden erfolgreichen Betrieb des Landers.

Hier eine kurze Auflistung der am vergangenen Wochenende ausgewählten fünf Kandidaten, welche jetzt in den nächsten Wochen zunächst noch eingehender analysiert werden sollen:

• Die potentielle Landestelle “A” befindet sich in einer interessanten Region auf dem größeren Kometenteil, welche einen direkten Blick zum Kometenkopf ermöglicht. Das schmale Gebiet zwischen diesen beiden Bereichen des Kometen ist sehr wahrscheinlich auch im November aktiv, denn dort gast der Komet bereits jetzt schon aus. Zunehmend höher aufgelöste Aufnahmen sollen nun genauere Untersuchungen ermöglichen, um die Risiken durch kleineren Vertiefungen und Hänge bei der Landung besser einschätzen zu können. Auch die Beleuchtungsbedingungen müssen noch detaillierter analysiert werden.
• Landestelle “B” befindet sich einer kraterähnlichen Struktur am Kopf des Kometen und bietet für die Landung sehr wahrscheinlich ein relativ großes und flaches Gelände im Inneren des Kraters. Allerdings fällt an dieser Stelle das Tageslicht, welches Philae erreicht, geringer aus als es ideal wäre. Dies könnte zu einem Problem bei den geplanten längerfristigen wissenschaftlichen Untersuchungen führen. Mit weiteren Aufnahmen der Kometenoberfläche sollen zudem die Gefahren genauer abgeschätzt werden, welche sich durch die Gesteinsbrocken im Kraterinneren ergeben. Die Gesteinsbrocken in diesem Gebiet deuten zudem daraufhin, dass es sich um verändertes und somit nicht ursprüngliches Material handelt, wie es an anderen Orten auf dem Kometen untersucht werden könnte.
• Landestelle “C” liegt auf dem ‘Hauptkörper’ des Kometen. Die Wissenschaftler identifizierten hier diverse unterschiedliche Strukturen wie Vertiefungen, Klippen, Hügel und ebene Gebiete. Außerdem befindet sich hier auch Material, welches auf den Kameraaufnahmen heller als gewöhnlich erscheint und somit besonders interessant ist. Doch speziell diese unterschiedlichen Oberflächenstrukturen müssen jetzt noch genauer analysiert werden, um die Risiken für eine sichere Landung einzuschätzen. Die Landestelle “C” verfügt allerdings über genügend Tageslicht, von dem die späteren wissenschaftlichen Untersuchungsphasen profitieren würden.
• Landestelle “I” befindet sich in einem relativ ebenen Gebiet und könnte zudem verhältnismäßig ‘frisches’ Material enthalten. Mit Kameraaufnahmen soll in den nächsten Wochen die dortige Oberfläche im Detail betrachtet werden, um das Ausmaß der vorhandenen rauen Strukturen exakter bestimmen zu können. Die Beleuchtung der Landestelle hingegen ist günstig und gestattet eine länger andauernde wissenschaftliche Phase auf der Kometenoberfläche.
• Die potentielle Landestelle “J” hat große Ähnlichkeit mit “I”. Diese Region befindet sich ebenfalls auf dem kleineren Kometenteil, weist interessante Oberflächenstrukturen auf und verfügt über eine gute ‘Beleuchtung’ bei der Rotation des Kometen. Speziell für das Philae-Experiment CONSERT, bei dem Radiowellen von dem Lander durch das Innere des Kometen zu dem Orbiter gesendet und empfangen werden sollen, ist diese Landestelle günstiger als die Landestelle “I”. Da allerdings auch im Bereich von “J” einige größere Brocken und terrassenartige Geländeabstufungen zu erkennen sind, sind auch hier höher aufgelöste Kameraaufnahmen notwendig, um die Details des Geländes genauer zu charakterisieren.

“Jede Landestelle unter diesen Kandidaten hat das Potenzial für einmalige wissenschaftliche Entdeckungen”, so Dr. Stephan Ulamec. Vor der entgültigen Entscheidung über den tatsächlichen Landeort werden in den kommenden Wochen noch diverse weitere Analysen erfolgen.

Bis zum 14. September wird die “Landing Site Selection Group” aus den Kandidaten ein primäres Landeziel auswählen und zudem eine zweite Stelle als ‘Ersatz-Landestelle’ einstufen. Diese beiden dann noch verbliebenen Kandidaten sollen dann in den folgenden vier Wochen von Rosetta aus Überflughöhen von etwa 20 bis 30 Kilometern noch weiter studiert werden. Am 12. Oktober wird eine abschließende Empfehlung abgegeben, wo die Landung erflogen soll. Basierend auf dieser Empfehlung soll die endgültige Entscheidung am 14. Oktober getroffen werden.

Nochmals vier Wochen später soll am 11. November die Landung von Philae erfolgen. Dabei wird erstmals ein Raumfahrzeug direkt auf der Oberfläche eines Kometen niedergehen und diesen anschließend direkt untersuchen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich 67P in einer Entfernung von etwa 450 Millionen Kilometern zur Sonne.

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