Quelle: DLR.

„Ein First Light Ereignis ist immer ein bewegender Moment. Nach vielen Jahren der Vorbereitung, des Baus und nach einem Bilderbuchstart in der kasachischen Steppe sehen wir nun, dass sich alle Anstrengungen gelohnt haben. Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik hat hier ganze Arbeit geleistet und wir sind sehr froh, dass diese wichtige deutsche Mission nun seine Arbeit aufnehmen kann“, freut sich Dr. Thomas Mernik, eROSITA-Projektleiter im Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), mit dessen Unterstützung eROSITA vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE) gebaut wurde, in Washington, DC. Dort auf dem 70. International Astronautical Congress 2019 und in Deutschland am MPE in Garching wurde das Ereignis gemeinsam mit den russischen Partnern entsprechend gefeiert. Denn neben dem deutschen Röntgenteleskop ist auch das russische ART-XC mit an Bord der russischen Raumsonde Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG).

„First Light“ mit kurzer Verzögerung
eROSITA besteht aus sieben einzelnen Teleskopmodulen, die das einfallende Röntgenlicht aus den heißen Quellen des Universums sammeln. Seit dem Start von SRG am 13. Juli 2019 haben die Techniker und Astrophysiker des MPE an der Inbetriebnahme des Teleskops gearbeitet. Zunächst wurden nur einzelne Komponenten angeschaltet und vorsichtig nach und nach auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. Doch kam es in den ersten Wochen nach der Inbetriebnahme gelegentlich in einzelnen Teleskopmodulen zu einem Fehlverhalten der Elektronik. So wurden Parameter ohne erkennbaren Grund verstellt. „Um möglichen Schaden vom Instrument abzuwenden, wurden die Module „schlafen geschickt“ und einzelne Bauteile nur sehr vorsichtig wieder „aufgeweckt“, um sie einzeln zu testen. Als „Übeltäter“ steht die kosmische Strahlung im Verdacht, die kleine Änderungen in manchen Bausteinen ausgelöst haben könnte. Mittlerweile sind wir zu der Auffassung gelangt, dass das Risiko vertretbar ist, so dass eROSITA nach einer kurzen Verzögerung nun seinen Betrieb aufgenommen hat“, erklärt Thomas Mernik erleichtert. Seit dem 13. Oktober 2019 beobachten alle sieben Module des Röntgenteleskops gleichzeitig den Himmel mit ihren maßgeschneiderten CCD-Kameras.

Historischer Moment im Leben eines Teleskops
„Nun ist der historische Moment im Leben eines Teleskops gekommen, an dem wir zum ersten Mal sehen können, wie gut das Gesamtsystem tatsächlich ist. Mit der Aufnahme von der großen Magellanschen Wolke hat eROSITA eindrucksvoll bewiesen, zu welcher Leistung dieses Instrument fähig ist. Wir sehen ein gestochen scharfes Bild mit erstaunlich wenig Hintergrundrauschen. Diese ersten Eindrücke lassen auf großartige Ergebnisse in den kommenden Jahren hoffen“, freut sich Thomas Mernik. Bei der Röntgenquelle handelt es sich um einen alten Bekannten, der bereits mit anderen Teleskopen wie XMM-Newton beobachtet worden ist. „Wir haben uns für die große Magellansche Wolke entschieden, weil sie schon oft mit anderen Röntgenteleskopen beobachtet worden ist. Der direkte Vergleich mit früheren Aufnahmen zeigt die wahre Leistungsfähigkeit von eROSITA. XMM-Newton beobachtet hauptsächlich speziell ausgewählte Objekte und sieht sie deshalb besonders detailreich. eROSITA liefert genauso detailreiche Aufnahmen – allerdings vom gesamten heißen Universum. Zum anderen haben wir diese Region ausgewählt, weil sie sehr mit „nur“ 170.000 Lichtjahren Entfernung unserem Sonnensystem sehr nahe liegt“, erklärt Thomas Mernik. Bei dem zweiten beobachteten Motiv – den zwei verschmelzenden Galaxienhaufen A3391 und A3395 – ist das Gegenteil der Fall. „Beide Galaxienhaufen liegen 800 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Hier wollten wir mal sehen, wie weit eROSITA ins heiße Universum schauen kann und wie klar auf diese unvorstellbar große Distanz die Aufnahmen noch sind. Das brillante Ergebnis hat uns alle überrascht“, freut sich Mernik. eROSITA wird in den kommenden Monaten noch weitere solche Aufnahmen machen, um das ganze Leistungsspektrum des deutschen Röntgenteleskops zu überprüfen. Die Sonde Spektrum-Röntgen-Gamma ist nach mehr als drei Monaten Flugzeit nun in einen Orbit um den Lagrange-Punkt 2, der von der Sonne aus betrachtet 1,5 Millionen Kilometer hinter der Erde liegt, eingeschwenkt. Von hier aus wird eROSITA mit einer Durchmusterung des gesamten Himmels beginnen, um eine Karte der heißen Strukturen im Universum zu erstellen.

eROSITA erstellt eine Himmelskarte des Universums – im Röntgenbereich
Ein Röntgenteleskop sieht die Materie im Universum die besonders heiß ist. Typische Röntgenquellen sind beispielsweise Doppelsternsysteme in denen ein normaler Stern wie unsere Sonne, sich mit einem Neutronenstern oder einem schwarzen Loch umkreist. Hier wird dem Stern durch die starke Anziehungskraft des kompakten Begleiters Masse in Form von Gas abgesogen. Dieses Gas fällt dann auf eine Scheibe welches das schwarze Loch umgibt. Dabei heizt es sich zu extrem hohen Temperaturen auf und sendet Licht im Röntgenbereich aus, das wiederum von Röntgenteleskopen gesehen werden kann. eROSITA wurde auch entwickelt, um Aktive Galaxienkerne (AGNs) zu beobachten. Dies sind supermassereiche schwarze Löcher mit vielen Millionen Sonnenmassen. Auch sie sind von heißen Scheiben umgeben, die im Röntgenbereich gut zu beobachten sind. Einen besonderen Schwerpunkt der Mission liegt allerdings auf der Entdeckung und Kartierung von Galaxienhaufen. Diese bestehen aus mehreren hundert Galaxien und saugen durch ihre Schwerkraft Gas aus ihrer Umgebung ein. Das einströmende Gas erhitzt sich und strahlt intensiv im Röntgenbereich. Im Laufe der Missionsdauer wird eROSITA bis zu 100.000 Galaxienhaufen finden und kartieren. Dafür durchmustert eROSITA alle sechs Monate den gesamten Himmel und erstellt in vier Jahren eine tiefe und detaillierte Karte des Universums. Diese gigantische kosmische Inventur des heißen Universums wird uns helfen, die Struktur des Kosmos und dessen Entwicklung besser zu verstehen. Denn speziell die Expansion des Universums bereitet den Astronomen großes Kopfzerbrechen. Aus bislang ungeklärten Gründen beschleunigt sich diese Ausdehnung immer weiter. Jene geheimnisvolle Kraft die das Universum auseinandertreibt nennen wir Dunkle Energie. „Da eROSITA uns hilft die Dynamik der größten Strukturen im Universum besser zu verstehen, lernen wir auch mehr über die kosmische Expansion. eROSITA liefert uns somit Parameter, um der Lösung des Rätsels um die Dunkle Energie näher zu kommen“, erklärt Thomas Mernik.

Spektrum-Röntgen-Gamma – eine Raumfahrtmission mit vielen Partnern
Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG) ist eine Raumfahrtmission mit vielen Partnern. Auf russischer Seite sind die Raumfahrtagentur Roskosmos, der Raumfahrtkonzern Lavochkin sowie das Institut für Weltraumforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften (IKI) eingebunden. Das deutsche Röntgenteleskop eROSITA wurde mit der Unterstützung des DLR Raumfahrtmanagements vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) Potsdam sowie den Universitäten Erlangen-Nürnberg, Hamburg und Tübingen entwickelt und gebaut. Zudem bereiten die Universitäten München und Bonn die wissenschaftliche Auswertung der eROSITA-Daten mit vor. Die am deutschen Teleskop beteiligten Partnerinstitute haben Software für die Datenanalyse, Missionsplanung und Simulationen erstellt sowie Teile der Hardware beigestellt. Die hauptsächliche Hardwareverantwortung lag aber im Wesentlichen beim MPE. Hier wurden viele Komponenten entwickelt und zum Teil in Partnerschaft mit ausgewählten Industrieunternehmen gefertigt. Auch der Zusammenbau des Teleskops fand in Garching statt. Von hier aus wurde das Teleskop nach Moskau verbracht, um gemeinsam mit dem russischen Teleskop auf die Satellitenplattform integriert zu werden.

Der Beitrag eROSITA – erster Blick ins heiße Universum erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Xinhua, CCTV. Vertont von Peter Rittinger.

Der Bremsvorgang begann gegen 5:06 Uhr MESZ (11:06 Uhr Pekinger Zeit) und dauerte etwa 33 Minuten. Dadurch gelangte Chang`e 2 in eine elliptische Umlaufbahn mit einer Umlaufzeit von 12 Stunden.

Für die nächsten Tage sind weitere Manöver geplant, durch welche die Mondsonde einen engeren Orbit um den Mond erreichen soll. Erst dann können die an Bord befindlichen Forschungsapparaturen hochwertige Messergebnisse liefern. Angestrebt ist zunächst eine Kreisbahn in etwa 100 Kilometern Höhe über der Mondoberfläche. Dies ist im Vergleich zur Vorgängermission Chang`e 1 ein etwa halb so hoher Orbit über der Mondoberfläche. Dadurch beeinflussen Gebiete unterschiedlicher Dichte im Mond die Bahn der Sonde stärker. Dies erfordert genauere Bahnvermessungen und häufigere Korrekturmanöver.

In einem späteren Stadium der Mission soll der mondnächste Punkt auf etwa 15 Kilometer abgesenkt werden. Dadurch erhofft man sich Kameraauflösungen von wenigen Metern zur Erfassung möglicher Landeplätze für weitere Mondmissionen aus dem Land der Mitte.

Zur wissenschaftlichen Ausrüstung von Chang`e 2 gehören eine CCD-Kamera, Detektoren zur Untersuchung der von der Sonne stammenden Teilchenstrahlung, ein LASER-Höhenmesser, je ein optisches, Röntgen- und Gamma-Spektrometer zur Untersuchung der Zusammensetzung der Mondoberfläche sowie ein Mikrowellenradiometer.

Chang`e 2 war am 1. Oktober auf einer Trägerrakete vom Typ Chang Zheng 3C (Langer Marsch) gestartet und wurde auf eine direkte Flugbahn zum Mond gebracht. Bis zum Bremsmanöver heute Morgen hatte die Sonde etwa 350.000 Kilometer zurückgelegt.

Raumcon:

• Chang`e 2

Der Beitrag Chang`e 2 im Mondorbit erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: CNTV.

Erstens soll Chang’e 2 eine direkte Flugbahn zum Mond fliegen und sich die Zeit bis zum Eintritt in eine Mondumlaufbahn deutlich verkürzen (Raumfahrer.net berichtete darüber mehrfach). Zum zweiten wird ein neues Kommunikationssystem eingesetzt, mit dem höhere Datenraten möglich sind.
Als dritte Neuerung wird der Test eines Landesystems angeführt, mit dem eine Landung aus einer Bahn in rund 100 Kilometern Höhe eingeleitet und gesteuert werden soll. Dazu dient auch ein Test für eine Bahnänderung in einen 15-mal-100-Kilometer-Orbit, wahrscheinlich gegen Ende der Mission.

Die fünfte Neuerung ist eine Landekamera, mit der Bilddaten mit 48 MBit/s erfasst und weitergeleitet werden können. Auch die doppelte Geschwindigkeit soll getestet werden. Schließlich wird die neue CCD-Kamera genannt, deren maximale Auflösung im einstelligen Meterbereich liegen soll.

Raumcon:

• Chang’e 2

Der Beitrag Chang`e-Verbesserungen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: China.org, Raumcon, Skyrocket. Vertont von Peter Rittinger.

Chang’e 2, benannt nach der chinesischen Mondgöttin, wurde gegenüber ihrer Vorgängerin in einigen Punkten verbessert. Außerdem hat man mittlerweile die Erfahrungen mit Chang’e 1 gründlich ausgewertet und wird einiges am Ablauf ändern.
Chang’e 2 war ursprünglich als Backup für Chang’e 1 vorgesehen und basiert demnach ebenfalls auf dem Dongfanghong-III-Bus. Elektrische Energie (knapp 2 kW) wird über Solarzellen gewonnen, die Lageregelung läuft sowohl über Drallräder als auch über Kaltgasdüsen.

Die wissenschaftliche Ausrüstung besteht wahrscheinlich aus 8 ähnlichen Instrumenten wie bei der Vorgängermission. Wesentlich weiterentwickelt wurde die CCD-Kamera, deren Auflösung aus etwa 100 Kilometern Höhe bis auf 7 Meter verbessert wurde. In der Endphase des Fluges soll der mondnächste Punkt sogar soweit abgesenkt werden, dass man punktuell bis 1 Meter Auflösung erreichen könnte.

Weitere Instrumente dürften Detektoren zur Untersuchung der von der Sonne stammenden Teilchenstrahlung, ein LASER-Höhenmesser, je ein optisches, Röntgen- und Gamma-Spektrometer zur Untersuchung der Zusammensetzung der Mondoberfläche sowie ein Mikrowellenradiometer sein.

Neu wird auf jeden Fall sein, dass man den Mond nicht mehr durch ein langwieriges „Aufbiegen“ einer elliptischen Bahn um die Erde erreichen will. Vielmehr soll eine direkte Flugbahn zum Mond gewählt werden, wodurch man diesen bereits nach 5 Tagen statt knapp zwei Wochen erreicht. Die Zielbahn ist mit 100 Kilometern Höhe über der Mondoberfläche nur noch halb so hoch wie bei Chang’e 1.

Offiziell will man mit den hochauflösenden Bildern von der Mondoberfläche mögliche Ziellandeplätze für die Nachfolgemission Chang’e 3 ermitteln. Lander und Rover sollen sich etwa 2013 auf den Weg machen, der Rover, versorgt durch Radionuklidgeneratoren, rund 3 Monate auf dem Mond aktiv sein. Für 2017 plant man zudem eine Probenentnahme und -rückführung im Rahmen von Chang’e 4. Dafür wäre dann aber eine größere Trägerrakete erforderlich, die mit der Chang Zheng 5 bereits seit einigen Jahren in Entwicklung ist.

Chang’e 1, die erste Raumsonde Chinas, startete am 24. Oktober 2007 in eine elleiptische Erdumlaufbahn, die mehrfach erweitert wurde und die Sonde am 5. November in eine elliptische Mondumlaufbahn führte. Drei Tage später war diese zu einer Kreisbahn in etwa 210 Kilometern Höhe über der Mondoberfläche korrigiert. Die Bahn wurde im Dezember 2008 deutlich angesenkt. Am 1. März 2009 brachte man Chang’e 1 schließlich gezielt zum Absturz. Die wissenschaftlichen und technischen Aufgaben waren erfüllt.

Raumcon:

• Chang’e 2
• Chang’e 1

Der Beitrag Zweite chinesische Mondsonde auf der Startrampe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Tilman Kaiser.

Eine hohe Belastung dieser Geräte ergibt sich vor allem durch Teilchenstrahlung (z.B. elektrisch geladene Teilchen des Sonnenwinds. u.a. Protonen im Van-Allen-Strahlungsgürtel) niedrige Temperaturen und niedrigen Druck. Diese drei Faktoren stellen für die empfindlichen Detektoren ein Problem dar. Bei den bildgebenden CCD-Detektoren (Charged-Coupled-Devices werden bekanntlich auch für die weitverbreitenden Digitalkameras der optischen Photographie verwendet) kann sich durch kosmische Teilchenstrahlung eine Verschlechterung im strahlungssensitiven Halbleitermaterial ergeben.

Solche CCDs werden übrigens nicht nur in der Beobachtung optischer Strahlung (sichtbares Licht), sondern seit geraumer Zeit auch für die Röntgenastronomie, wie z.B. auf dem Forschungssatelliten der ESA XMM-Newton (Raketenstart im Dezember 1999) zur Beobachtung von kosmischen Röntgenquellen, eingesetzt.

Diese Detektoren messen Photonenstrahlung – also elektromagnetische Strahlung oder schlicht und ergreifend Licht – der zu untersuchenden kosmischen Objekte dadurch, dass sie die von den Photonen (Lichtquanten) durch den quantenmechanischen „Photoelektrischen Effekt“ (entdeckt 1905 durch Albert Einstein) aus dem Bindungszustand des Halbleiterbands herausgelösten Elektronen elektronisch auslesen.

Beim Transfer der Elektronen zur Ausleseanode durch Verändern der elektrischen Potentiale an den CCD-Pixeln können diese Ladungen teilweise in Ladungsfallen im Halbleitermaterial hängen bleiben. Dadurch ergibt sich ein Ladungsverlust. Wie groß der Verlust der Signalladungen beim Ladungstransport ist, wird durch die sogenannte Ladungstransfereffizienz angegeben (Charge Transfer Efficiency – CTE). Sie ist als ein Faktor zwischen 0 und 1 folgendermaßen definiert: durch Ladungsverluste abgeschwächtes Signal geteilt durch ursprüngliches Signal. Keine Ladungsverluste bedeutet: CTE = 1. Totaler Ladungsverlust (kein Output) bedeutet: CTE = 0. Manchmal wird auch von der CTI (Charge Transfer Inefficieny) gesprochen, die definiert ist durch CTI = 1 – CTE.

Bevor ein Detektor mit seinem Satelliten ins All geschossen wird, sollte der Detektor durch Messungen am Boden möglichst genau kalibriert (geeicht) werden. Im Idealfall kann eine detaillierte Detektor-Response-Matrix ermittelt werden – also eine Matrix, mit der später Wissenschaftler aus dem elektrischen Outputsignal genau auf den Strahlungsinput schließen können. Am Boden wird z.B. die CTE in Abhängigkeit bestimmter Parameter ermittelt. Es ergibt sich in der Regel eine Abhängigkeit der CTE von der Energie, mit der Detektor bestrahlt wird und von der Temperatur des Detektorraums.

Durch die Teilchenstrahlung im All verschlechtert sich die CTE eines CCD-Detektors in der Regel im Laufe der Jahre. Durch Temperaturänderung im Detektor kann die CTE teilweise wieder verbessert werden. Auf jeden Fall werden Detektoren auch während des Betriebs im All ständig nachkalibriert. Hierzu verwendet man z.T. installierte Röntgenquellen im Detektor aber auch sehr gut untersuchte Quellen im All.

In der Hochenergieastrophysik (Röntgen- und Gammaastronomie) wird als Eichquelle (Standardkerze) gerne der Krebsnebel verwendet. Hohe Energien werden in unserem Universum z.B. am Ende der Entwicklung eines schweren Sterns frei, der sich nach einer heftigen Explosion je nach Anfangsmasse in einen Neutronenstern bestehend aus komprimierter Kernmaterie oder im Fall noch größerer Sternmasse, wenn der Druck der Kernmaterie nicht mehr der noch größeren Schwerkraft der Sternleichenmasse standhalten kann, in ein Schwarzes Loch umwandelt.

Der Krebsnebel ist der Überrest einer Sternexplosion (Supernova Remnant – SNR), die in chinesischen Schriften als ein heller Stern gedeutet wurde, welcher im Jahr 1054 für zwei Jahre lang am Nachthimmel „zu Gast“ und sogar mit dem bloßen Auge zwei Tage lang tagsüber zu erkennen war.

1731 wurde diese mittlerweile schwächer gewordene optische Lichtquelle vom englischen Physiker John Bevis entdeckt und noch im selben Jahrhundert vom „Kometenjäger“ Charles Messier in seinem Katalog unter der Bezeichnung M1 als Nebelfleck kategorisiert. Als der von Deutschland in die USA emigrierte Astronom Walter Baade 1942 detaillierte Untersuchungen über die Struktur des Krebsnebels veröffenlichte, wuchs das Interesse der Astrophysiker am Krebsnebel.

1963 wurde im 2-Gradfenster um den optischen Krebsnebel eine Röntgenquelle ausgemacht. Fünf Jahre später wurde im Zentrum des Krebsnebels ein im Radiowellenlängenbereich pulsierender Neutronenstern identifiziert, der letztendlich auch für die Röntgenstrahlung verantwortlich ist.

Der Katalog des ersten Röntgensatelliten Uhuru (Start vom afrikanischen Kontinent 1970) verzeichnet den Krebsnebel als fünftstärkste Röntgenquelle am Himmel.

Der Krebsnebel fungiert momentan als „Standardkerze“ aller modernen Röntgen- und Gammasatelitten, u.a. Integral, Swift, XMM-Newton, Chandra und RXTE.

Auch den folgenden Röntgenmissionen der vergangenen 30 Jahre diente der Krebsnebel als geeignetes Kalibrationsobjekt: ROSAT, EXOSAT, Beppo-SAX, ASCA, Ginga, Einstein und Mir-HEXE.

Der Beitrag Kalibration von Detektoren im All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.