Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 5. September 2024.

5. September 2024 – Der Zwergplanet Ceres könnte seinen Ursprung im Asteroidengürtel haben – und muss nicht zwingend dorthin vom Rand des Sonnensystems „zugewandert“ sein. Darauf deuten helle, ammoniumreiche Ablagerungen im Consus Krater hin, wie ein Forscherteam unter Leitung des Göttinger Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) heute in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research Planets argumentiert. Die Forschenden haben Messdaten der NASA-Raumsonde Dawn ausgewertet. Dawn hatte schon vor Jahren auf der Ceres-Oberfläche weit verbreitete Ammoniumvorkommen entdeckt. Dies lege nach Meinung einiger Wissenschaftler*innen nahe, dass gefrorenes Ammonium bei der Entstehung des Zwergplaneten eine Rolle gespielt hat. Ammonium ist nur im äußeren Sonnensystem stabil. Die neue Studie findet eine weitere Möglichkeit: Wie auch andere helle Ablagerungen auf Ceres könnte das ammoniumreiche Material im Consus Krater durch Ceres‘ kuriosen Kryovulkanismus aus der Tiefe des Zwergplaneten an die Oberfläche gelangt sein.

Der Zwergplanet Ceres ist ein außergewöhnlicher „Bewohner“ des Asteroidengürtels. Mit einem Durchmesser von etwa 960 Kilometern ist er nicht nur der größte Körper zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter; er zeichnet sich auch – anderes als seine eher schlichten „Mitbewohner“ – durch eine äußerst komplexe und vielseitige Geologie aus. Dies weist auf eine bewegte Vergangenheit hin, in der sich Ceres über viele Milliarden Jahre veränderte und weiterentwickelte. Daten der NASA-Raumsonde Dawn, die Ceres von 2015 bis 2018 aus der Nähe untersucht hat, haben unter anderem Hinweise darauf geliefert, dass Ceres bis in jüngste Vergangenheit Schauplatz eines einzigartigen Kryovulkanismus war – und wahrscheinlich noch immer ist. In mehreren Einschlagskratern finden sich helle, weißliche Salzablagerungen. Forschende halten sie für Überbleibsel einer Sole, die über viele Milliarden Jahre aus einer flüssigen Schicht zwischen Mantel und Kruste an die Oberfläche gedrungen ist. Auch in Aufnahmen und Messdaten vom Consus Krater, die das Forscherteam nun so detailliert wie nie zuvor ausgewertet hat, zeigt sich solch helles Material, allerdings zum Teil in gelblicherer Färbung.

Ein Krater im Krater
Der Conus-Krater liegt auf der Südhalbkugel des Zwergplaneten Ceres. Mit einem Durchmesser von etwa 64 Kilometern zählt er nicht zu den besonders großen Einschlagkratern. In Aufnahmen des wissenschaftlichen Kamerasystems von Dawn, das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, zeigt sich eine umlaufende Kraterwand, die etwa 4,5 Kilometer vom Kraterboden in die Höhe ragt und zum Teil nach innen abgerutscht ist. Als auffälligste Struktur umschließt sie einen kleineren Krater, der mit einer Fläche von etwa 15 Kilometern mal elf Kilometern die östliche Hälfte des Consus Kraterbodens dominiert. Das gelbliche, helle Material findet sich in vereinzelten Sprenkeln ausschließlich am Rand des kleineren Kraters und in einem Bereich etwas östlich davon.

Wie die aktuellen Auswertungen von Daten des Kamerasystems und des Spektrometers VIR nahelegen, ist das gelbliche helle Material im Consus-Krater reich an Ammonium. Die Verbindung, die sich von Ammoniak durch eine zusätzliches Wasserstoff-Ion unterscheidet, ist in Form ammoniumreicher Gesteine in Spuren auf der Ceres-Oberfläche beinahe allgegenwärtig. In der Vergangenheit glaubten Wissenschaftler*innen, dass dieses Gestein nur durch Kontakt mit Ammonium-Eis in der Kälte am äußeren Rand des Sonnensystems entstanden sein könne. Nur dort ist gefrorenes Ammonium über längere Zeiträume stabil; in größerer Nähe zur Sonne verdunstet es rasch. Ceres müsse deshalb am Rand des Sonnensystems entstanden und erst später in den Asteroidengürtel „umgesiedelt“ sein. Die aktuelle Studie zeigt nun erstmals eine Verbindung auf zwischen Ammonium und der salzhaltigen Sole aus dem Inneren der Ceres. Der Ursprung des Zwergplaneten, so argumentiert das Team, müsse deshalb nicht zwingend im äußeren Sonnensystem liegen. Ceres könnte auch ein echtes Kind des Asteroidengürtels sein.

Ammonium aus der Tiefe
Die Forschenden gehen davon aus, dass die Bausteine von Ammonium bereits im ursprünglichen Baumaterial der Ceres enthalten waren. Da Ammonium sich nicht mit den typischen Mineralien im Ceres‘ Mantel verbindet, reicherte es sich nach und nach in einer mächtigen Soleschicht an, die sich global zwischen Mantel und Kruste des Zwergplaneten erstreckte. Durch kryovulkanische Aktivität stieg die ammoniumreiche Sole im Laufe der Jahrmilliarden immer wieder auf und das darin enthaltene Ammonium wechselte nach und nach den „Wirt“: Es drang in die großräumig vorhandenen Schichtsilikate der Ceres-Kruste ein. Schichtsilikate, die sich durch eine lagenartige Kristallstruktur auszeichnen, sind auch auf der Erde etwa in tonhaltigen Böden weitverbreitet. In Kontakt mit einer ammoniumreichen Sole lagern sich bevorzugt Ammonium-Ionen an. „Das Gestein könnte das Ammonium über viele Milliarden Jahre wie eine Art Schwamm aufgenommen haben“, erklärt MPS-Wissenschaftler Dr. Andreas Nathues, Erstautor der aktuellen Studie und früherer Leiter des Kamerateams von Dawn.

Vieles spricht dafür, dass die Konzentration des Ammoniums in tieferliegenden Schichten der Kruste größer ist als nahe der Oberfläche. Die wenigen Stellen auf der Ceres-Oberfläche, an denen sich außerhalb des Consus Kraters auffällige Flecken des gelblich-hellen Materials finden, liegen ebenfalls innerhalb tiefer Krater. Im Consus Krater dürfte – wie die aktuelle Studie detailliert zeigt – der Einschlag, der vor nur 280 Millionen Jahren den kleinen östlichen Krater schuf, Material aus den tiefliegenden, besonders ammoniumhaltigen Schichten freigelegt haben. Bei den gelblich-hellen Sprenkeln östlich des kleineren Kraters handelt es sich um Material, das der Einschlag aus großer Tiefe herausgeschleudert hat.

„Mit seinen 450 Millionen Jahren ist der Consus Krater nach geologischen Maßstäben nicht besonders alt, allerdings ist er einer der ältesten noch erhaltenen Strukturen auf Ceres. Durch seinen tiefen Aushub verschafft er uns Zugang zu Prozessen, die sich über viele Milliarden Jahre im Innern der Ceres abgespielt haben – und ist so eine Art Fenster in die Vergangenheit des Zwergplaneten“, so MPS-Forscher Dr. Ranjan Sarkar, ein Co-Autor der Studie.

Originalveröffentlichung
Andreas Nathues et al.:
Consus Crater on Ceres: ammonium-enriched brines in exchange with phyllosilicates?,
Journal of Geophysical Research: Planets, 5. September 2024
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023JE008150

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Am 1. Januar 1801 entdeckt der italienische Astronom Giuseppe Piazzi einen neuen Planeten – jedenfalls glaubt er das. Mehrere Jahre hatten Astronomen schon nach dem Himmelskörper gesucht, der sich zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter verstecken soll. Die Freude über den Fund ist allerdings nicht von Dauer: Bald stellt sich heraus, dass er nur einer von vielen kleinen Asteroiden ist, die auf ähnlichen Bahnen um die Sonne kreisen. Ceres verschwindet in Folge für fast 200 Jahre aus dem Rampenlicht, bevor er strahlend zurückkehrt.

Karl erzählt die Geschichte von Ceres, dessen Ansehen in den letzten zwei Jahrzehnten eine enorme Wende erfahren hat. Er wurde genauer beobachtet und bekam Sondenbesuch. Der größte Körper des Asteroidengürtels ist nicht nur zum Zwergplaneten aufgestiegen, sondern entpuppte sich auch geologisch als einer der erstaunlichsten Körper des Sonnensystems.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist der Podcast von Die Weltraumreporter, einem Magazin der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement die Weltraumreporter für 3,49 Euro pro Monat oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

22. Februar 2022 – Der drittgrößte Krater auf dem Zwergplaneten Ceres war viele Millionen Jahre nach seiner Entstehung noch mindestens einmal geologisch aktiv. In einer aktuellen Studie, die heute in der Fachzeitschrift Nature Communications erscheint, legen Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und des National Institute of Science Education and Research (NISER) in Indien die bisher detailreichste Untersuchung des Urvara-Kraters vor. Dafür werteten sie erstmals Kamera-Aufnahmen aus der letzten Phase der NASA-Weltraummission Dawn aus, die geologische Strukturen von nur einigen Metern Größe erkennen lässt. Die Raumsonde Dawn war 2015 in eine Umlaufbahn um den Zwergplaneten eingeschwenkt und hatte ihn etwa dreieinhalb Jahre lang aus der Nähe untersucht.

Zahlreiche große Krater zeigen sich auf der Oberfläche des Zwergplaneten Ceres, der mit einem Durchmesser von etwa 960 Kilometern der größte Körper im Asteroidengürtel ist. Der wohl auffälligste dieser Krater heißt Occator und liegt auf der Nordhalbkugel. Die hellen Flecken in seinem Innern, die sich schon in der Anflugphase deutlich zeigten, entpuppten sich als salzhaltige Überbleibsel einer unterirdischen Sole, die bis in jüngster geologischer Zeit durch kryovulkanische Prozesse an die Oberfläche drangen. In einem anderen großen Krater, genannt Ernutet, finden sich Hinweise auf freiliegende organische Verbindungen und somit auf eine sehr komplexe Chemie. In ihrer jüngsten Veröffentlichung wenden sich die Forscher unter Leitung des MPS nun dem Urvara-Krater zu. Auf der Südhalbkugel gelegen, ist er mit einem Durchmesser von 170 Kilometern der drittgrößte Ceres-Krater. Der Einschlag, durch den er vor etwa 250 Millionen Jahren entstand, dürfte Material aus bis zu 50 Kilometern Tiefe zu Tage gefördert haben.

„Die großen Impaktstrukturen auf Ceres verschaffen uns Zugang zu den tieferliegenden Schichten des Zwergplaneten“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, Erstautor der aktuellen Studie und wissenschaftlicher Leiter des Kamera-Teams von Dawn. „Wie sich zeigt, ist die heutige Topographie und mineralogische Zusammensetzung einiger großer Ceres-Krater das Ergebnis komplexer und langanhaltender geologischer Prozesse, die die Oberfläche des Zwergplaneten verändert haben“, fügt er hinzu.

Um diese Prozesse möglichst genau nachvollziehen zu können, sind hochaufgelöste Aufnahmen und spektroskopische Daten notwendig. Die präzisesten Messdaten des Urvara-Kraters entstanden in der „Verlängerung“ der Dawn-Mission: Nach Ablauf der zunächst auf zwei Jahre ausgelegten Primärmission, reichten die verbleibenden Treibstoffreste, um auf wagemutigeren, stark elliptischen Bahnen die Oberfläche des Zwergplaneten stellenweise in einem Abstand von nur 35 Kilometern zu überfliegen. Mit Hilfe der beiden Dawn Framing Cameras, dem wissenschaftlichen Kamerasystem der Mission, entstanden dabei Aufnahmen, in denen sich Strukturen von einigen Metern Größe erkennen lassen. Das Kamerasystem wurde unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut und während der Mission betrieben.

Steilhänge, Senken und helles Material
Die hochaufgelösten Aufnahmen des Urvara-Kraters offenbaren eine geologisch ausgesprochen vielfältige Landschaft. Mehrfach terrassierte Steilhänge umschließen das Einschlagsbecken; als markantestes Merkmal ragt etwas abseits der Kratermitte eine etwa 25 Kilometer lange und 3 Kilometer hohe Bergkette empor. An ihrer südlichen Flanke finden sich schroffe Klippen, ausgedehnte Geröllfelder – und vereinzelt helles Material, das an die berühmten Flecken des Occator-Kraters erinnert. Des Weiteren zeigen die Bilder eine tiefe Senke, Gebiete mit auffallend glatter Oberfläche und solche, die von zahlreichen kleineren, runden Vertiefungen übersät sind.

„Unsere Auswertungen ergeben, dass verschiedene Bereiche des Kraters sehr unterschiedlich alt sind“, so Dr. Nico Schmedemann vom Institut für Planetologie der WWU. „Der Altersunterschied beträgt bis zu 100 Millionen Jahre. Das deutet darauf hin, dass dort Prozesse am Werk waren, die noch lange nach der eigentlichen Entstehung des Kraters gewirkt haben“, fügt er hinzu. Für Untersuchungen dieser Art zählen Forscherinnen und Forscher die kleinen Krater, die jede Oberfläche atmosphäreloser Körper überziehen. Da ältere Oberflächen mehr Zeit hatten, solche Einschläge kleinerer Brocken aus dem Weltall „anzusammeln“, weisen sie mehr Krater auf als jüngere. Bei der genauen Altersbestimmung spielen zudem Modelle von der Stärke des Bombardements zu verschiedenen Zeiten eine Rolle.

Die ursprünglichsten Gebiete im Urvara-Krater sind demnach etwa 250 Millionen Jahre alt. Dieser Zeitpunkt markiert die Entstehung des Kraters selbst. Zu den jüngeren Oberflächen innerhalb des Kraters zählen ausgedehnte glatte, dunkle Gebiete sowie Senktrichter, die wahrscheinlich durch Gasaustritt im Untergrund entstanden sind.

Salze und organische Verbindungen aus der Tiefe
Weitere Hinweise auf die bewegte Vergangenheit des Kraters enthalten die Bilder, die mit Hilfe der Farbfilter des Kamerasystems aufgenommen wurden. Sie erlauben Rückschlüsse darauf, welche Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichtes bestimmte Oberflächen ins All reflektieren – und damit auf ihre mineralogische Zusammensetzung. Wie sich zeigt, handelt es sich bei dem hellen Material um Salze. Daten des Dawn-Spektrometers VIR, das von der italienischen Weltraumagentur ASI zur Mission beigesteuert wurde, deuten zudem darauf hin, dass sich an einem Hang westlich der zentralen Bergkette organische Verbindungen zusammen mit Salzen abgelagert haben. Eine solche Kombination aus markanten Salzablagerungen und organischen Verbindungen wurde zuvor noch nicht beobachtet. Auch die Ablagerungen organischer Verbindungen sind offenbar vergleichsweise jung.

„Die Frage nach dem Ursprung und der Entstehung organischer Stoffe auf Ceres ist nach wie vor offen. Ihre Antwort hat Auswirkungen auf unser Verständnis der gesamten geologischen Geschichte von Ceres und mögliche Verbindungen zu Fragen der Astrobiologie und Habitabilität“, erklärt NISER-Wissenschaftler Dr. Guneshwar Thangjam. „Die organischen Verbindungen, die wir möglicherweise im Urvara-Krater auf der Südhalbkugel gefunden haben, unterschieden sich deutlich von den Gebieten im Ernutet-Krater auf der Nordhalbkugel, die reich an organischen Verbindungen sind“, fügt er hinzu. Und weiter: „Das Team arbeitet an diesen Fragen, indem es sowohl FC- als auch VIR-Spektraldaten auswertet.“

„Insgesamt zeigt sich uns im Urvara-Krater ein ausgesprochen komplexes Bild, das wir noch nicht vollständig verstehen und das Raum für zwei Interpretationen lässt“, fasst Andreas Nathues die Ergebnisse zusammen. So könnte etwa der Einschlag, der den Urvara-Krater formte, Salze aus dem Innern des Zwergplaneten an die Oberfläche befördert haben. Einiges spricht jedoch dafür, dass stattdessen eine salzhaltige Sole im Spiel war, die aus dem Innern nach oben stieg und weitere Prozesse in Gang setzte. Ob die Sole die Oberfläche erreichte oder sich lediglich dicht darunter anreicherte, ist unklar.

Unabhängig von der genauen Interpretation bekräftigen die aktuellen Ergebnisse das Bild des Zwergplaneten, das die Dawn-Mission in den vergangenen Jahren von Ceres gezeichnet hat: ein geologisch aktiver Körper, unter dessen Kruste sich in verschiedenen Tiefen salzhaltige Schichten erstrecken. Diese könnten in Verbindung stehen mit einem früheren, in der Tiefe gelegenen Ozean, der auch organische Verbindungen enthielt. Trotz Ceres‘ gewaltigen Sonnenabstandes und der damit verbundenen Kälte könnte diese Sole dank der gelösten Salze noch heute in großen flüssigen Reservoirs in etwa 40 Kilometern Tiefe überdauern.

Originalveröffentlichung
A. Nathues, M. Hoffmann, N. Schmedemann, R. Sakar, G. Thangjam, K. Mengel, J. Hernandez, H. Hiesinger, J.H. Pasckert:
The Urvara basin on Ceres – brine residues and organics,
Nature Communications, 22. Februar 2022
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28570-8
https://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-28570-8

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• Zwergplanet Ceres

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Quelle: Airbus Defence and Space.

Kourou, 16. November 2021 – Die von Airbus Defence and Space und Thales für die französische Beschaffungsbehörde DGA entwickelten und gebauten CERES-Satelliten (Capacité de Renseignement Electromagnétique Spatiale oder Space Signal Intelligence Capability) sind an Bord einer Vega-Trägerrakete erfolgreich vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana gestartet.

„Wir sind bereit, die nächste Generation der Weltraumüberwachung für Frankreich zu starten: CERES! Die Beauftragung von Airbus mit dem Bau und der Gesamtverantwortung für das Raumfahrtsystem ist eine eindrucksvolle Bestätigung für unser Fachwissen und die Qualität unserer Technologie, die wir auch bei den ESSAIM- und ELISA-Demonstratoren erworben haben“, sagte Jean Marc Nasr, Leiter von Airbus Space Systems. „Die drei CERES-Satelliten werden Frankreich sein erstes Satellitensystem für die Signalaufklärung liefern und bestätigen damit unsere Position als Hauptauftragnehmer für alle französischen weltraumgestützten Aufklärungssysteme“, so Nasr weiter.

CERES wurde entwickelt, um elektromagnetische Signale von Funkkommunikations-Systemen und Radaranlagen in Gebieten zu erkennen und zu lokalisieren, die von Bodensensoren nicht erreicht werden können. Von seiner niedrigen Erdumlaufbahn aus ist CERES frei von Einschränkungen beim Überfliegen des Luftraums und kann bei allen Wetterlagen eingesetzt werden. Das System wird detaillierte Informationen zur Unterstützung militärischer Operationen der französischen Streitkräfte liefern und so das Lagebewusstsein im Einsatzgebiet verbessern.

„CERES wird die französischen strategischen und taktischen Aufklärungskapazitäten im Verteidigungsbereich mit dem ersten SIGINT-Satellitensystem vervollständigen. Thales, das von der DGA mit der End-to-End-Mission von CERES betraut wurde, stützt sich auf seine einzigartige 25-jährige Erfahrung im Bereich SIGINT aus dem Weltraum mit ESSAIM und ELISA, auf unser einzigartiges Know-how in Bezug auf Satellitennutzlasten und Bodensegmente für Nutzer sowie unser umfassendes Wissen in den Bereichen SIGINT und elektronische Kriegsführung in allen Bereichen“, sagte Philippe Duhamel, Executive Vice-President, Defence Mission Systems bei Thales.

Das System umfasst das Raumsegment, das aus einem Schwarm von drei identischen Satelliten besteht, die die SIGINT-Nutzlast tragen, sowie das Nutzer- und das Bodenkontrollsegment.

Airbus Defence and Space und Thales sind Co-Auftragnehmer für das gesamte End-to-End-System. Airbus ist für die End-to-End-Systemintegration und das Raumfahrtsegment mit den drei Satelliten verantwortlich, während Thales für die gesamte Missionskette und deren Leistung zuständig ist, von der Nutzlast an Bord bis zum Bodensegment für die Nutzer. Darüber hinaus fungiert Thales Alenia Space als Unterauftragnehmer von Airbus bei der Lieferung der Satellitenplattformen. Die französische Raumfahrtbehörde CNES, die der DGA als Partner zur Seite steht, beschaffte die Startdienste und das Bodenkontrollsegment.

CERES stützt sich auf die Erfahrungen, die Airbus und Thales mit den 2004 bzw. 2011 gestarteten Mikrosatelliten-Demonstratoren ESSAIM (Communications Intelligence) und ELISA (Electronic Intelligence) gesammelt haben. Die bei diesen Systemen gewonnenen technischen und betrieblichen Erkenntnisse waren der Schlüssel zu einer sehr hohen Leistung bei der elektromagnetischen Erkennung und Kompatibilität, die für diese Mission entscheidend ist.

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• Ceres 1-3 auf Vega von Kourou

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Quelle: ESON.

12. Oktober 2021 – Die Beobachtungen zeigen ein breites Spektrum an eigenartigen Formen, von kugelförmig bis hin zu Hundeknochen, und helfen den Astronom*innen, die Ursprünge der Asteroiden in unserem Sonnensystem zu ergründen.

Die scharfen Bilder dieser 42 Objekte sind ein großer Fortschritt bei der Erforschung von Asteroiden, der dank bodengestützter Teleskope möglich wurde, und tragen zur Beantwortung der ultimativen Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest bei [1].

„Nur drei große Asteroiden des Hauptgürtels, Ceres, Vesta und Lutetia, wurden bisher mit hoher Detailgenauigkeit abgebildet, da sie von den Weltraummissionen Dawn und Rosetta der NASA bzw. der Europäischen Weltraumorganisation besucht wurden“, erklärt Pierre Vernazza vom Laboratoire d’Astrophysique de Marseille in Frankreich, der die heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlichte Asteroidenstudie leitete. „Unsere ESO-Beobachtungen haben scharfe Bilder für viele weitere Ziele, insgesamt 42, geliefert.“

Die bisher geringe Zahl detaillierter Beobachtungen von Asteroiden bedeutete, dass wichtige Merkmale wie ihre 3D-Form oder Dichte bisher weitgehend unbekannt blieben. Zwischen 2017 und 2019 machten sich Vernazza und sein Team daran, diese Lücke zu schließen, indem sie eine gründliche Untersuchung der wichtigsten Himmelskörper im Asteroidengürtel durchführten.

Die meisten der 42 Objekte in ihrer Stichprobe sind größer als 100 km; insbesondere hat das Team fast alle Asteroiden des Gürtels abgebildet, die größer als 200 km sind, nämlich 20 von 23. Die beiden größten Objekte, die das Team untersuchte, waren Ceres und Vesta mit einem Durchmesser von 940 und 520 Kilometern, während die beiden kleinsten Asteroiden Urania und Ausonia jeweils nur etwa 90 Kilometer groß sind.

Durch die Rekonstruktion der Formen der Objekte stellte das Team fest, dass die beobachteten Asteroiden hauptsächlich in zwei Familien unterteilt sind. Einige sind nahezu perfekt kugelförmig, wie z. B. Hygiea und Ceres, während andere eine eigentümlichere, „längliche“ Form haben, deren unbestrittene Königin der „Hundeknochen“-Asteroid Kleopatra ist.

Durch die Kombination der Formen der Asteroiden mit Informationen über ihre Massen fand das Team heraus, dass sich die Dichten innerhalb der Probe erheblich unterscheiden. Die vier am wenigsten dichten Asteroiden, darunter Lamberta und Sylvia, haben eine Dichte von etwa 1,3 Gramm pro Kubikzentimeter, was in etwa der Dichte von Kohle entspricht.

Die dichtesten Asteroiden, Psyche und Kalliope, weisen Dichten von 3,9 bzw. 4,4 Gramm pro Kubikzentimeter auf, was mehr ist als die Dichte von Diamant (3,5 Gramm pro Kubikzentimeter).

Dieser große Unterschied in der Dichte deutet darauf hin, dass die Zusammensetzung der Asteroiden stark variiert, was den Astronomen wichtige Hinweise auf ihre Herkunft geben könnte. „Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese Körper seit ihrer Entstehung beträchtlich gewandert sind. Kurz gesagt, diese enorme Vielfalt in ihrer Zusammensetzung können wir nur verstehen, wenn die Körper in verschiedenen Regionen des Sonnensystems entstanden sind“, erklärt Josef Hanuš von der Karlsuniversität in Prag, Tschechische Republik, einer der Autoren der Studie. Die Ergebnisse stützen insbesondere die Theorie, dass sich die Asteroiden mit der geringsten Dichte in den abgelegenen Regionen jenseits der Neptunbahn gebildet haben und zu ihrem heutigen Standort migrierten.

Diese Ergebnisse wurden dank der Empfindlichkeit des SPHERE-Instruments (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) am VLT der ESO möglich [2]. „Dank der verbesserten Fähigkeiten von SPHERE und der Tatsache, dass nur wenig über die Form der größten Asteroiden des Hauptgürtels bekannt war, konnten wir auf diesem Gebiet erhebliche Fortschritte erzielen“, sagt Mitautor Laurent Jorda, ebenfalls vom Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.

Mit dem kommenden Extremely Large Telescope (ELT) der ESO, das derzeit in Chile gebaut wird und noch in diesem Jahrzehnt in Betrieb gehen soll, werden die Astronom:innen in der Lage sein, weitere Asteroiden im Detail zu beobachten. „ELT-Beobachtungen von Asteroiden des Hauptgürtels werden es uns ermöglichen, Objekte mit Durchmessern von bis zu 35 bis 80 Kilometern, je nach ihrer Lage im Gürtel, und Krater mit einer Größe von 10 bis 25 Kilometern zu untersuchen“, sagt Vernazza. „Ein SPHERE-ähnliches Instrument am ELT würde es uns sogar ermöglichen, eine ähnliche Auswahl von Objekten im fernen Kuipergürtel abzubilden. Das bedeutet, dass wir in der Lage sein werden, die geologische Geschichte einer viel größeren Anzahl von kleinen Körpern vom Erdboden aus zu charakterisieren.“

Endnoten
[1] In Per Anhalter durch die Galaxis von Douglas Adams ist die Zahl 42 die Antwort auf die „letzte Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest“. Heute, am 12. Oktober 2021, ist der 42. Jahrestag der Veröffentlichung des Buches.

[2] Alle Beobachtungen wurden mit dem Zurich IMaging POLarimeter (ZIMPOL) durchgeführt, einem abbildenden Polarimeter-Subsystem des SPHERE-Instruments, das im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeitet.

Weitere Informationen
Diese Ergebnisse wurden in einem Artikel vorgestellt, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erscheint (VLT/SPHERE imaging survey of the largest main-belt asteroids: Final results and synthesis).

Das Team besteht aus P. Vernazza (Universität Aix Marseille, CNRS, CNES, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Frankreich [LAM]), M. Ferrais (LAM), L. Jorda (LAM), J. Hanuš (Institute of Astronomy, Faculty of Mathematics and Physics, Karls-Universität, Prag, Tschechische Republik [CU]), B. Carry (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Frankreich [OCA]), M. Marsset (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, MIT, Cambridge, USA [MIT]), M. Brož (CU), R. Fetick (French Areospace Lab [ONERA] und LAM), M. Viikinkoski ( Mathematics & Statistics, Tampere University, Finland [TU]), F. Marchis (LAM und SETI Institute, Carl Sagan Center, Mountain View, USA), F. Vachier (Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC University Paris 06 und Université de Lille, Frankreich [IMCCE]), A. Drouard (LAM), T. Fusco (French Areospace Lab [ONERA] und LAM), M. Birlan (IMCCE und Astronomisches Institut der Rumänischen Akademie, Bukarest, Rumänien [AIRA]), E. Podlewska-Gaca (Fakultät für Physik, Institut der astronomischen Sternwarte, Adam-Mickiewicz-Universität, Posen, Polen [UAM]), N. Rambaux (IMCCE), M. Neveu (University of Maryland College Park, NASA Goddard Space Flight Center, USA [UMD]), P. Bartczak (UAM), G. Dudziński (UAM), E. Jehin (Forschungsinstitut für Weltraumwissenschaften, Technologien und Astrophysik, Universität Lüttich, Belgien [STAR]), P. Beck (Institut de Planetologie et d’Astrophysique de Grenoble, UGA-CNRS, Frankreich [OSUG]), J. Berthier (IMCCE), J. Castillo-Rogez (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA [JPL]), F. Cipriani (European Space Agency, ESTEC – Scientific Support Office, Noordwijk, Niederlande [ESTEC]), F. Colas (IMCCE), C. Dumas (Thirty Meter Telescope, Pasadena, USA [TMT]), J. Ďurech (CU), J. Grice (Laboratoire Atmosphères, Milieux et Observations Spatiales, CNRS und Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines, Guyancourt, Frankreich [UVSQ] und School of Physical Sciences, The Open University, Milton Keynes, UK [OU]), M. Kaasalainen (TU), A. Kryszczynska (UAM), P. Lamy (Departamento de Fisica, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal, Universidad de Alicante, Alicante, Spanien), H. Le Coroller (LAM), A. Marciniak (UAM), T. Michalowski (UAM), P. Michel (OCA), T. Santana-Ros (Institut de Ciències del Cosmos, Universitat de Barcelona, Spanien und Europäische Südsternwarte, Santiago, Chile), P. Tanga (OCA), A. Vigan (LAM), O. Witasse (ESTEC), B. Yang (Europäische Südsternwarte, Santiago, Chile), P. Antonini (Observatoire des Hauts Pays, Bédoin, Frankreich), M. Audejean (Observatoire de Chinon, Chinon, Frankreich), P. Aurard (AMU, Observatoire de Haute Provence, Institut Pythéas, Saint-Michel l’Observatoire, Frankreich [OHP]), R. Behrend (Genfer Observatorium, Sauverny, Schweiz und Labor für Hochenergiephysik und Astrophysik, Cadi Ayyad Universität, Marrakesch, Marokko [UCA]), Z. Benkhaldoun (UCA), J. M. Bosch (B74, Avinguda de Catalunya 34, 25354 Santa Maria de Montmagastrell (Tarrega), Spanien), A. Chapman (Cruz del Sur Observatorium, Stadt San Justo, Buenos Aires, Argentinien), L. Dalmon (OHP), S. Fauvaud (Observatoire du Bois de Bardon, Taponnat, Frankreich und Association T60, Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse, Frankreich), Hiroko Hamanowa (Hong Kong Space Museum, Tsimshatsui, Hong Kong, PR China [HKSM]), Hiromi Hamanowa (HKSM), J. His (OHP), A. Jones (I64, SL6 1XE, Maidenhead, UK), D-H. Kim (Korea Astronomy and Space Science Institute, Daejeon, Korea [KASI] und Chungbuk National University, Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju-si, Chungcheongbuk-do, Korea), M-J. Kim (KASI), J. Krajewski (Fakultät für Physik, Institut der astronomischen Sternwarte, Adam-Mickiewicz-Universität, Poznań, Polen), O. Labrevoir (OHP), A. Leroy (Observatoire OPERA, Saint Palais, Frankreich [OPERA] und Uranoscope, Gretz-Armainvilliers, Frankreich), F. Livet (Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Frankreich, UMR 7095 CNRS et Sorbonne Universités), D. Molina (Anunaki Observatory, Calle de los Llanos, Manzanares el Real, Spanien), R. Montaigut (Club d’Astronomie de Lyon Ampere, Vaulx-en-Velin, Frankreich und OPERA), J. Oey (Kingsgrove, NSW, Australien), N. Payre (OHP), V. Reddy (Planetary Science Institute, Tucson, USA), P. Sabin (OHP), A. G. Sanchez (Rio Cofio Observatory, Robledo de Chavela, Spanien), und L. Socha (Cicha 43, 44-144 Nieborowice, Polen).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist außerdem einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Wissenschaftlicher Artikel

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Asteroidengürtel

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Quelle: DLR.

In diesen Tagen jährt sich die erste Entdeckung eines Asteroiden zum 220. Mal. In der Nacht vom 1. auf den 2. Januar 1801 fiel Giuseppe Piazzi, dem Leiter der Sternwarte von Palermo, an der Schulter des „Stiers“ im gleichnamigen Sternbild ein ‚Stern‘ auf, dessen Position sich von Nacht zu Nacht änderte. Er hatte Ceres entdeckt, den größten Körper im weiten Raum zwischen den Planeten Mars und Jupiter. Ceres, inzwischen zu einem Zwergplaneten ‚befördert‘, war nach dem Asteroiden Vesta zwischen 2015 und 2018 das zweite Ziel der NASA-Mission Dawn. Auf den Ceres-Bildern der deutschen Kamera an Bord des Orbiters und in den Spektralmessungen fielen einige Stellen durch eine ungewöhnliche Blaufärbung auf, deren Ursprung bis heute rätselhaft blieb. Laborexperimente eines Teams um den DLR-Planetenforscher Stefan Schröder dürften das Rätsel nun gelöst haben: Einschläge in der jüngeren Vergangenheit haben mit Eis gemischtes Material an die Oberfläche befördert. Anschließend sublimierte das in der Kristallstruktur von darin enthaltenen Tonmineralen eingelagerte Wassereis. Zurück blieb ein feinporöser Staub, der aufgrund seiner ’schaumigen‘ Struktur das Sonnenlicht bläulich reflektiert.

„Ceres hat keine Atmosphäre, deshalb ist Wassereis an der Oberfläche nicht stabil und sublimiert rasch, geht also direkt von der festen Phase in die gasförmige über“, erläutert Dr. Stefan Schröder vom DLR-Institut für Planetenforschung. „Im Labor konnten wir jetzt simulieren, was passiert, wenn Wassereis, das beispielsweise durch Einschläge auf Ceres zunächst in die Kristallstruktur von ganz bestimmten Mineralen eingebaut und an die Oberfläche verfrachtet wurde, von dort ins All entweicht. Zurück bleibt auf Ceres eine feinporöse, fast schaumige Staubschicht, die für die bläulich schimmernden Flächen an einigen jungen Einschlagskratern verantwortlich ist.“ Zu diesem Ergebnis kamen Schröder und seine Kollegen von der Universität Grenoble und dem Institut für Astrophysik und Planetologie in Rom mit einem Experiment. Dafür beobachteten sie im Labor unter Vakuumbedingungen und Temperaturen wie im äußeren Asteroidengürtel über den Zeitraum von knapp einer Woche wassereishaltiges Material, das jenem an den auffallend ‚blauen‘ Stellen von Ceres entspricht. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in der heutigen Ausgabe von Nature Communications.

Helle, ‚blaue‘ Flecken auf Ceres stellten die Forscher vor ein Rätsel
Der knapp tausend Kilometer große, fast kugelförmige Zwergplanet Ceres umrundet die Sonne in Entfernungen zwischen 382 und 445 Millionen Kilometer auf einer elliptischen Umlaufbahn nahe dem äußeren Rand des Asteroidengürtels. Im Gegensatz zu den weiter innen kreisenden, fast ausschließlich ‚felsigen‘ Asteroiden enthalten die Kleinkörper am äußeren Rand des Asteroidengürtels einen signifikanten Anteil an Wassereis. In der Kruste von Ceres könnten beträchtliche Anteile davon gespeichert sein, die Schätzungen reichen von einem Zehntel bis zur Hälfte des Volumens. Eis könnte also bereits wenige Meter unter der Oberfläche anzutreffen sein.

Äußerlich unterscheidet sich Ceres nicht wesentlich von anderen kraterübersäten Körpern. Sein Antlitz ähnelt der Rückseite des Mondes oder dem zahlreicher eisiger Trabanten von Jupiter oder Saturn. Schon aus diesem Grund waren zum einen außergewöhnlich helle, das Sonnenlicht stark reflektierende Flächen in jungen Impaktkratern sowie blaue Flächen in deren Umgebung seit Ankunft der Dawn-Raumsonde eines der am meisten diskutierten Phänomene auf Ceres. Helle Flächen wie beispielsweise im Krater Occator rühren von Mineralsalzen her. Diese Erklärung greift jedoch nicht bei den blauen Flächen. Auffallend ‚blaue‘ Spektren zeigte zum Beispiel ein mehrere tausend Quadratkilometer großes Gebiet am vermutlich nur zwei Millionen Jahre jungen Krater Haulani. Ganz offensichtlich führt jeder Impakt eines Körpers auf die Oberfläche von Ceres zu einem Aufschmelzen von Eis in der Kruste und einem Durchmischen mit den Mineralen im Regolith, der Staubschicht an der Oberfläche des Körpers.

Dawn-Spektralmessungen aus der Umlaufbahn haben gezeigt, dass an diesen Stellen sogenannte Schicht- oder Phyllosilikate (von phyllos, griechisch für Blatt) als wesentliche gesteinsbildende Minerale vorhanden sein müssten. Auch Salze dürften in wässrigen Lösungen aus geschmolzenem Eis nach oben gedrungen sein. Schichtsilikate sind auf der Erde als Glimmer weit verbreitet, schwarzer Biotit oder hell schimmernder Muskovit in Granitgestein zum Beispiel. Bei der Verwitterung von Basalt, dem häufigsten vulkanischen Gestein, entstehen im Kontakt mit Wasser Tonminerale, wie etwa die Phyllosilikatgruppe der Smektite (das Mineral Montmorillonit ist ein etwas bekannterer Vertreter). Solche Schichtsilikate haben die Eigenschaft, dass sie durch die in ihnen enthaltene Wassermoleküle quellen können, also ihr Volumen größer wird – das war der Ansatz für das Laborexperiment der Planetenforscher.

Von grau zu blau – verdampftes Wasser verändert Mineralstruktur
In einen Probenbehälter füllten sie ein Smektit-Präparat, das chemisch-mineralogisch und hinsichtlich seiner spektralen Eigenschaften (Farbe, Helligkeit) dem Material auf der Oberfläche von Ceres sehr ähnlich ist. Beim Experiment wurde die Probe im Labor des Instituts für Planetologie und Astrophysik der Universität Grenoble für 133 Stunden einem Hochvakuum und tiefen Temperaturen von minus 100 Grad Celsius wie bei Ceres ausgesetzt. Wie erwartet sublimierte das Wassereis und entwich aus der Probe. Die Feinstruktur der Schichtsilikate aber blieb erhalten und dabei blieb ein skelettartiges, porenreiches Restsubstrat zurück. Wegen der mikroskopisch kleinen Hohlräume vergrößerte sich das Volumen der blasigen, fast schaumartigen Struktur der Mineralprobe sogar ganz erheblich. Und dabei veränderten sich auch dessen spektrale Eigenschaften: Das zuvor mehr oder weniger kontinuierliche Spektrum, das dem ‚weißen‘ Sonnenlicht mit seinen Blau-, Grün- und Rotanteilen bis ins nahe Infrarot (Wärmestrahlung) entsprach, zeigte nun deutliche Reflexionen der blauen Lichtanteile.

„Das ist vergleichbar mit dem Phänomen, dass uns der Himmel auf der Erde blau erscheint“, erklärt Stefan Schröder. „Das vergleichsweise langwellige Sonnenlicht wird an den winzigen Molekülen der Erdatmosphäre in Abhängigkeit von der Wellenlänge mehr oder weniger stark gestreut. Die höherfrequenten Anteile des Lichts, die blauen Wellenlängen, werden stärker gestreut, als die niederfrequenteren Anteile des Lichts, die grünen und roten Wellenlängen. Als Folge davon erscheint uns der Himmel blau. Ganz ähnlich findet dieser Effekt, auch ‚Rayleigh-Streuung‘ genannt, an den Hohlräumen der Schichtsilikate auf Ceres statt, aus denen das Wasser entwichen ist.“ Die Substanz reflektierte etwa 40 Prozent mehr Licht, was die auffallende Helligkeit dieser Flächen auf Ceres erklärt, außerdem ist der Anteil von blauem Licht deutlich höher. „Vermutlich sind es vor allem die winzigen Hohlräume und die weniger als einen Mikrometer großen Filamente, durch die sie miteinander verbunden sind, die eine Rayleigh-Streuung ermöglichen und wir deshalb mehr Anteile des energiereicheren blauen Lichts reflektiert sehen“, so Schröder.

Die Gebiete mit einem erhöhtem Anteil an reflektierten blauen Anteilen des Lichts auf Ceres sind nicht so hell wie die weißen Flächen, deren Ursprung auf das Empordringen von Mineralsalzen in Wasser-Eis-Gemischen, sogenannten ‚Solen‘ zurückgeht. Das Experiment der Wissenschaftler mit der Simulation von Sublimationsvorgängen im Oberflächenmaterial an jungen Kratern auf Ceres hat gezeigt, dass das Verdampfen von Wasser aus Tonmineralen mikroskopisch der Mechanismus ist, der die winzigen Strukturen im Regolith erzeugt, die ursächlich für die Blaufärbung sind: An den im Vergleich zur Wellenlänge des sichtbaren Lichts und dem nahen Infrarot sehr viel kleineren Hohlräumen und ihrer Verbindungen führt der Rayleigh-Effekt zur Blaufärbung des Mineralstaubs.

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B
• Zwergplanet Ceres

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Der Zwergplanet Ceres, der größte Körper im Asteroidengürtel, war bis vor eine Million Jahren Schauplatz kryovulkanischer Ausbrüche: Unterhalb des Einschlagskraters Occator drängte unterirdische Sole an die Oberfläche; das Wasser verdunstete und hinterließ helle, salzhaltige Ablagerungen. Dieser Prozess dauert wahrscheinlich noch immer an. Zu diesem Schluss kommt ein Forscherteam unter Federführung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen nach Auswertung hochaufgelöster Kamera-Aufnahmen von Ceres aus der letzten Phase der NASA-Mission Dawn. Die Fachzeitschriften Nature Astronomy, Nature Geoscience und Nature Communications widmen diesen und weiteren Ergebnissen der Dawn-Mission heute insgesamt sieben Artikel. Die Veröffentlichungen zeichnen das Bild einer einzigartigen Welt, in deren Innern sich bis heute Reste eines globalen Ozeans finden und dessen sonderbarer Kryovulkanismus wahrscheinlich noch immer aktiv ist.

Kryovulkanismus galt lange Zeit als ein Phänomen des äußeren Sonnensystems, das ausschließlich auf einigen Eismonden von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun auftritt. Durchgewalkt von den gewaltigen Gravitationskräften ihrer Mutterplaneten bieten diese Monde in ihrem Innern so viel Wärme, dass dort Wasser trotz der beachtlichen Entfernung von der Sonne nicht vollständig gefriert und in zum Teil spektakulären Fontänen ins Weltall sprüht. Ganz anders dürfte es im Asteroidengürtel zugehen. Die vielen Millionen größerer und kleinerer Brocken, die dort zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, gelten gemeinhin als einfach aufgebaute, wasserlose und inaktive Körper.

Dass sich diese Sichtweise nicht aufrechterhalten lässt, beweisen jetzt die aktuellen Veröffentlichungen. Ceres, der mit einem Durchmesser von 950 Kilometern größte Bewohner des Asteroidengürtels, entpuppt sich darin als rätselhafter Sonderling. Die Ergebnisse der Forscherinnen und Forscher beruhen in erster Linie auf Messdaten aus der letzten Phase der NASA-Mission Dawn, die Ceres von 2015 bis 2018 aus der Nähe untersuchte. Auf einer stark elliptischen Umlaufbahn wagte sich die Raumsonde in ihren letzten fünf Monaten bis auf 35 Kilometer an die Oberfläche heran – näher als je zuvor. Dem wissenschaftlichen Kamerasystem der Dawn-Sonde, das unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut wurde, gelangen in dieser Zeit einzigartige Aufnahmen.

Besonderes Augenmerk richteten die Autorinnen und Autoren der aktuellen Veröffentlichungen, zu denen auch Forscher der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) in Münster und des National Institute of Science Education and Research in Bhubaneswar (Indien) zählen, auf den Occator-Krater, einen markanten Einschlagskrater auf der Nordhalbkugel von Ceres. Mit einem Durchmesser von etwa 92 Kilometern übertreffen seine Ausmaße selbst die der allermeisten irdischen Krater. Noch auffälliger ist seine zum Teil leuchtend weiße Färbung, die bereits in der Anflugphase auf Ceres zu Spekulationen um etwaige Wasservorkommen anregte. „Genau betrachtet hat der Occator-Krater eine sehr komplexe Struktur mit Erhöhungen, Absenkungen, Ablagerungen, Rissen und Furchen. In allen Einzelheiten ist dies erst in der letzten Missionsphase deutlich geworden“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, wissenschaftlicher Leiter des Kamerateams von Dawn. „Aus der heutigen Morphologie des Kraters können wir seine Entstehungsgeschichte rekonstruieren – und so einen Blick in die bewegte Vergangenheit von Ceres werfen“, fügt er hinzu.

Die hochaufgelösten Aufnahmen lassen es zu, das Alter der einzelnen Kraterbereiche zu bestimmen. Zu diesem Zweck analysieren die Forscher Anzahl und Beschaffenheit kleinerer Einschläge, die jeden Körper im Sonnensystem überziehen. Je jünger eine Oberfläche ist, desto weniger Mini-Krater weist sie auf.

Wie sich zeigte, entstand der Occator-Krater vor etwa 22 Millionen Jahren durch einen großen Einschlag. Wie in vielen anderen Einschlagskratern auf der Erde und auf anderen Planeten bildete sich dabei ein Zentralberg, der allerdings nach einiger Zeit wieder einstürzte. Vor etwa 7,5 Millionen Jahren stieg unter den Resten des Zentralbergs Sole aus dem Innern an die Oberfläche empor. Das Wasser verdunstete und bestimmte Salze, so genannte Karbonate, lagerten sich ab. Sie sind für die markanten hellen Ablagerungen, genannt Cerealia Facula, im Zentrum des Occator-Kraters verantwortlich. Durch den Materialverlust im Innern sackte der innere Teil des Kraters ab. Es bildete sich eine runde Vertiefung mit einem Durchmesser von etwa 15 Kilometern.

In den folgenden Jahrmillionen konzentrierte sich die Aktivität vor allem auf den östlichen Bereich des Kraterbodens. Durch Risse und Furchen quoll auch dort Sole an die Oberfläche und erzeugte weitere helle Ablagerungen, die Vinalia Faculae. Vor etwa 2 Millionen Jahren wachte das Zentrum des Kraters wieder auf: Erneut drang Sole an die Oberfläche, innerhalb der zentralen Vertiefung wölbte sich eine Kuppe aus hellem Material nach oben. „Dieser Prozess dürfte mindestens bis vor einer Million Jahre angedauert haben“, fasst Dr. Nico Schmedemann von der WWU die Ergebnisse zusammen.

„Bemerkenswert ist vor allem, wie lange der Occator-Krater aktiv war und möglicherweise noch immer ist“, so Nathues. Theorien, wonach die ausgetretene Flüssigkeit ausschließlich auf Schmelzwasser vom ursprünglichen Einschlag zurückzuführen ist, sieht er dadurch widerlegt. Die Wärme, die bei einem solchen Einschlag entsteht, hätte sich nicht über so viele Millionen Jahre im Inneren halten können.

Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sich tief unterhalb des Occator-Kraters Reste eines globalen, salzigen Ozeans finden. Ähnlich wie Streusalz im Winter sorgt das gelöste Salz dafür, dass die Sole trotz der tiefen Temperaturen im Inneren des Körpers flüssig bleibt. Diese Interpretation stützt ein zweiter Artikel, der heute veröffentlicht wurde und an dem ebenfalls das MPS beteiligt ist. Darin werten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA Dawns Gravitationsmessungen aus. Ihrer Analyse zu Folge liegt eine Blase aus flüssiger Sole etwa 40 Kilometer unterhalb des Occator-Kraters.

Möglich ist sogar, dass aus dem Zwergplaneten noch immer Wasser austritt und verdampft. Bereits 2014 hatten Messungen mit dem Weltraumteleskop Herschel Anzeichen einer extrem dünnen, wasserhaltigen und möglicherweise nur sporadisch auftretenden Exosphäre gefunden. Im Zuge der späteren Dawn-Mission fanden Nathues und sein Team Hinweise auf eine Art dünnen Dunst, der täglich über dem Occator-Krater liegt. Zu diesen Puzzlestücken gesellt sich nun die Veröffentlichung des Spektrometer-Teams von Dawn unter Leitung des Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica in Rom. Die Forscherinnen und Forscher konnten in dem hellen, abgelagerten Material unter anderem Salzverbindungen nachweisen, die Wasser enthalten. Das nur leicht gebundene Wasser verdunstet an der Oberfläche von Ceres jedoch innerhalb von Wochen; die Ablagerungen können somit nicht alt sein.

„Wir gehen davon aus, dass Ceres noch immer gelegentlich kryovulkanisch aktiv ist“, folgert Nathues. Während einiges dafür spricht, dass die Ausbrüche in der frühen Entwicklungsphase des Occator-Vulkanismus teilweise geradezu explosiv waren, dürfte sich Ceres‘ Kryovulkanismus mittlerweile deutlich beruhigt haben. Die Forscherinnen und Forscher vermuten, dass Wasser nun in erster Linie durch Verdampfen entweicht. „Ein solcher Kryovulkanismus ist nach bisherigem Kenntnisstand im Sonnensystem einzigartig“, so Schmedemann.

Originalveröffentlichungen mit MPS-Beteiligung
1.
Andreas Nathues, Nico Schmedemann, Guneshwar Thangjam et al.: Recent cryovolcanic activity at Occator on Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020
DOI

2.
Carol A. Raymond et al.: Impact-Driven Mobilization of Deep Crustal Brines on Dwarf Planet Ceres,
Nature Astronomy, 10. August 2020
DOI

3.
Paul Schenk et al.: Impact heat driven volatile redistribution at Occator crater on Ceres as a comparative planetary process,
Nature Communications, 10. August 2020
DOI

4.
Britney Schmidt et al.: Post-impact cryo-hydrologic formation of small mounds and hills in Ceres’s Occator crater,
Nature Geoscience, 10. August 2020
DOI

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• Zwergplanet Ceres

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

Sieben Jahre lang hat die Raumsonde Dawn den Asteroidengürtel erforscht und mit ihren Messdaten unsere Vorstellungen von dieser Region des Sonnensystems erheblich erweitert. Für seine wissenschaftlichen Beiträge zur Erforschung des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres hat die amerikanische Weltraumagentur NASA Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) jetzt mit der NASA Exceptional Scientific Achievement Medaille, der höchsten NASA-Auszeichnung für wissenschaftliche Leistungen, geehrt. Der MPS-Forscher leitet das Team um das Kamerasystem von Dawn, das in den vergangenen Jahren die mehr als 100.000 Aufnahmen des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres ausgewertet hat. Darin entdeckten die Forscherinnen und Forscher Hinweise auf den inneren Aufbau beider Körper sowie im Falle von Ceres Belege für Kryovulkanismus und Ansammlungen organischen Materials.

Die mehr als eine Million „Bewohner“ des Asteroidengürtels, der Region zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter, gelten gemeinhin als eher schlichte Körper: unregelmäßig geformte Brocken, die sich in einer frühen Phase des Sonnensystems bildeten und danach kaum weiterentwickelten. Dass diese Vorstellung längst nicht auf alle Asteroiden zutrifft, hat die NASA-Mission Dawn, die von 2011 bis 2018 vor Ort Messdaten sammelte, bewiesen. Die beiden Ziele der Mission, der Asteroid Vesta und der Zwergplanet Ceres (der ebenfalls im Asteroidengürtel seine Bahnen zieht), entpuppten sich als komplexe Mini-Welten, die eher an Planeten denn an primitive Gesteinsbrocken erinnern. Entscheidende Messdaten lieferten die beiden wissenschaftlichen Kameras an Bord, die unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut sowie während der Mission betrieben wurden.

„Die beiden baugleichen Kameras von Dawn lieferten mehr als nur Fotos“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, der das Kamerateam von Dawn seit 2010 leitet. Beide Instrumente sind mit mehreren Farbfiltern ausgestattet. Mit ihrer Hilfe lassen sich wellenlängenabhängig die Intensitäten des Lichtes, das Vesta und Ceres ins All reflektieren, bestimmen. Das erlaubt Rückschlüsse auf mineralogische Zusammensetzung und die Beschaffenheit der Oberfläche. Andreas Nathues und sein Team konnten so erstmals von beiden Körpern hochaufgelöste geologische Karten anfertigen.

Wie sich zeigt, sind besonders Krater auf den Oberflächen interessant. Durch die zum Teil sehr heftigen Einschläge liegt dort mancherorts Material aus tieferen Schichten frei und erlaubt einen Blick in das „Innenleben“ beider Körper. Für Vesta ließ sich auf diese Weise eine innere Schichtstruktur aus Mantel und Gesteinskruste nachweisen, ganz ähnlich wie die der Erde. Der etwa 530 Kilometer große Körper muss nach seiner Entstehung zunächst eine vergleichbare Entwicklung durchlaufen haben wie die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars.

Ceres lieferte noch größere Überraschungen. In einigen Gebieten findet sich dort organisches Material, das möglicherweise von einem Kometeneinschlag stammt. Zudem zeigen die Kameradaten Kryovulkane, aus denen bis vor geologisch kurzer Zeit salzhaltige Lösung austrat. Ceres beherbergt offenbar stellenweise Wasserreservoirs unter ihrer Oberfläche – und gleicht damit eher den wasserreichen Jupiter- und Saturnmonden, die eigentlich in deutlich größerer Entfernung zur Sonne zuhause sind. „Der Nachweis, dass es auf Ceres zumindest Reste eines unterirdischen Ozeans gibt, hat unsere Sicht auf den Asteroidengürtel und seine Entstehung deutlich verändert“, so Nathues. Möglicherweise nahm Ceres ihren Ursprung weiter draußen im Sonnensystem und wanderte erst später in den Asteroidengürtel ein.

Trotz des Endes der Mission vor einem Jahr gehen die wissenschaftlichen Arbeiten weiter. Dem Team um Andreas Nathues ist es zuletzt gelungen, den vorliegenden Daten neue und detailliertere Informationen zu entlocken. Schlüssel dazu waren Kalibrationsmessungen, die in der letzten Missionsphase aus einer Umlaufbahn um Ceres möglich wurden.

Bereits vor dem Start ins All untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie alle Pixel des Kamera-CCDs auf dieselbe Lichtmenge und –art reagieren. Nur so lassen sich die aufgenommenen Bilder später wissenschaftlich exakt interpretieren. Doch der mehr als zehnjährige Flug durchs All geht an dem CCD der Kamera nicht spurlos vorüber; das Verhalten einzelner Pixel verändert sich. In den letzten Monaten der Mission konnte das MPS-Team ihre Kameras durch Aufnahmen eines bekannten Sternes neu eichen. Die Datenauswertungen, die auf dieser aktualisierten Eichung beruhen, präzisieren die bisher bekannten Karten beider besuchten Objekte, offenbaren viele zusätzliche Details – und zeigen Vesta und Ceres in beeindruckender Schönheit.

Dr. Andreas Nathues hat an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster Geophysik studiert und an der Freien Universität Berlin promoviert. Seit 1999 arbeitet er am MPS. Andreas Nathues war an den Mondmissionen SMART-1 und Chandrayaan-1 beteiligt und leitet seit 2010 das Kamerateam der Asteroidenmission Dawn.

Die NASA vergibt die Exceptional Scientific Achievement Medaille jährlich an ausgewählte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die durch ihre Arbeiten grundlegende neue wissenschaftliche Erkenntnisse geliefert haben und ihr Forschungsfeld fundamental verändert haben. Die Medaille ist die höchste Auszeichnung der NASA für wissenschaftliche Leistungen.

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B

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Quelle: ESA.

9. September 2019 – Raumfahrtorganisationen haben bereits mehrere Raumschiffe zu Asteroiden, Kometen, Zwergplaneten und kleinen Monden geschickt und es gibt ehrgeizige Pläne, in Zukunft noch weitere auf den Weg zu bringen.

Asteroiden und Kometen stammen aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems. Sie können dazu beitragen, die Entstehungsgeschichte zu entschlüsseln. Darüber hinaus haben diese Objekte vielleicht eine wichtige Rolle bei der Entwicklung unseres Planeten und irdischen Lebens gespielt, da der Einschlag von Asteroiden und Kometen mit organischen Verbindungen in Zusammenhang mit der Entstehung des Lebens gebracht wird. Obwohl solche Kollisionen bei der Entstehung des Sonnensystems häufiger vorkamen, können kleine Objekte nach wie vor auf die Erde treffen und so das Leben, die Natur und Infrastruktur schädigen.

Solche Objekte könnten auch organische Materie zu anderen Planeten und Monden gebracht haben, von denen einige – zum Beispiel der Jupitermond Europa oder der Saturnmond Enceladus – über die erforderlichen Bedingungen für die Entstehung von Lebensformen verfügen können. Aus diesen und vielen weiteren Gründen ist es wichtig, diese Objekte zu beobachten und mehr über sie zu erfahren.

Das ESA-Programm Discovery & Preparation
Das Programm Erkunden & Entdecken (eng. Discovery & Preparation) bildet die Grundlage für die zukünftigen Aktivitäten der ESA und unterstützt die explorative Forschung nach neuen Konzepten. In diesem Rahmen wurden verschiedene Elemente möglicher zukünftiger Missionen zur Erforschung kleiner, extraterrestrischer Objekte untersucht.

Asteroiden und Kometen, deren Umlaufbahnen nahe an die der Erde herankommen oder diese sogar kreuzen, werden als erdnahe Objekte (NEOs) bezeichnet und können eine Einschlagsgefahr darstellen. Um diese Bedrohung abzuschwächen, ist der erste Schritt die Suche nach NEOs und die Kartierung ihrer Flugbahnen. Das Programm Discovery & Preparation unterstützte eine Studie, die mit Star Trackern die Suche nach NEOs erforscht – und sich bereits an Bord vieler Raumfahrzeuge befindet, um nach NEOs zu suchen.

Eine weitere Herausforderung bei nicht-irdischen Objekten besteht darin, dass Staub auf ihren Oberflächen die ankommenden Raumfahrzeuge, Lander und Astronauten beeinträchtigen kann. Die Dusty Plasma Environments-Studie war der erste Schritt bei der Entwicklung einer Reihe von Modellen, mit denen sich die Auswirkungen von staubigem Plasma auf zukünftige Explorationseinheiten berechnen lassen.

Neueste Erkundungssonden und Rover enthalten zwar Minilabore für die In-situ-Forschung, doch können hochmoderne Labore auf der Erde noch weitergehende Tests durchführen. Eine Discovery & Preparation-Studie untersuchte, wie auf der Erde eine Anlage errichtet werden kann, die einen sicheren Umgang mit solchen wertvollen und potenziell gefährlichen Proben, die von diesen Felsbrocken aus dem All stammen, gewährleistet. Die Untersuchung basierte auf früheren Studien zur Rückführung von Mars-Proben (Mars Sample Return).

Bei einer weiteren Studie wurde untersucht, wie eine Sonde sicher auf einem Objekt mit geringer Schwerkraft landen kann. Sie wurde in erster Linie vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt, das den MASCOT-Lander für die japanische Asteroidenmission Hayabusa 2 entwickelte. Diese Studie untersuchte die Entwicklung eines zweiten Landers, MASCOT-2, für die Landung auf Didymoon, dem Ziel der ESA-Asteroidenmission Hera.

Hera ist einer der großen Erfolge dieses Programms. Das Missionskonzept wurde auf der Basis zahlreicher Studien konzipiert.

Die Hera-Sonde transportiert unter anderem zwei CubeSats, die sich Didymoon stärker annähern können. Da diese vielseitig, klein und relativ preiswert sind, wurde untersucht, wie CubeSats zur Erforschung kleinerer Raumobjekte eingesetzt werden können. Einige dieser Studien konzentrierten sich speziell auf die Begleiter der Mission Hera.

In einer weiteren zukunftsorientierten Studie geht es darum, wie Astronauten die „Neutral Buoyancy Facility“ der ESA nutzen könnten, um für Flüge zu interplanetaren Objekten zu trainieren, bei denen die Schwerkraft nur sehr schwach vorhanden wäre. Weitere Aktivitäten zum Thema Discovery & Preparation mit Schwerpunkt auf Asteroiden, Kometen und Monden finden Sie im Studienverzeichnis Nebula Library.

ESA-Aktivitäten
Hera ist ein ausgereifter Missionsvorschlag im Rahmen der Aktivitäten der ESA im Bereich Weltraumsicherheit, die es Europa ermöglicht, die Bedrohung durch gefährliche Asteroiden, extreme Sonnenereignisse und Weltraummüll zu verstehen und zu minimieren. Das Planetary Defence Office beobachtet erdnahe Objekte, prognostiziert ihre Flugbahnen, warnt vor möglichen Einschlägen und ist an potenziellen Abwehrmaßnahmen beteiligt.

Im Rahmen der Rosetta-Mission schrieb die ESA bereits Geschichte, als sie einen Kometen umkreiste. Die Sonde Rosetta verblieb mehr als zwei Jahre im Orbit des Kometen 67P / Tschurjumow-Gerassimenko und sammelte Informationen über periodische Kometen. Sie setzte sogar ein Landegerät auf seiner Oberfläche ab, um dieses geheimnisvolle Objekt zu erkunden.

Als Nächstes hat die ESA einen Asteroiden im Visier. Die Europäische Weltraumorgansiation unterzeichnete kürzlich einen Vertrag mit GomSpace Luxemburg über die Entwicklung des ersten Nanosatelliten, der einem Asteroiden begegnen soll. Der Miniaturised Asteroid Remote Geophysical Observer (M-ARGO) wird ein 12-teiliger CubeSat mit eigenem Antriebssystem sein. Die Finanzierung erfolgt durch das General Support Technology Programme (GSTP) der ESA. Hiermit wird die Weiterentwicklung eines Tools gefördert, das zukünftige ESA-Lander-Missionen durch die Modellierung von Oberflächen kleiner Himmelskörper in unserem Sonnensystem und die Bereitstellung fotorealistischer Bilder unterstützen wird.

Durch die Untersuchung von drei Gesteinsproben, die von der japanischen Hayabusa-Mission vom Asteroiden Itokawa zurück zur Erde gebracht wurden, ist die ESA bereits an der Asteroidenforschung beteiligt. Dies hilft uns dabei,  mehr über die Oberflächenumgebung von Asteroiden zu lernen.

Planetenmissionen tragen auch zu unserem Verständnis von extraterrestrischen Objekten bei. Bei der Umkreisung des Mars mit Mars Express und dem ExoMars Trace Gas Orbiter konnte die ESA die Marsmonde Phobos und Deimos beobachten. Die JUICE-Mission (JUpiter ICy Moons Explorer) soll drei der größten Monde des Jupiters – Ganymed, Europa und Callisto – untersuchen, um festzustellen, ob einer von ihnen bewohnbar sein könnte.

Doch ist es nicht unbedingt erforderlich, in die Nähe dieser Objekte zu gelangen, um mehr über sie zu erfahren. Die Weltraumteleskope der ESA, darunter Hubble, haben zahlreiche kleine Himmelskörper im gesamten Sonnensystem fotografiert, um mehr über ihre Eigenschaften und Flugbahnen zu erfahren. Das Hubble-Teleskop nahm kürzlich ein Bild eines seltenen Asteroiden auf, der sich langsam selbst zerstört; Gaia sammelte Informationen über mehr als 14.000 Asteroiden; Herschel entdeckte Wasserdampf um den Zwergplaneten Ceres und das Infrarot-Weltraumobservatorium (ISO) stellte fest, dass in unserem Sonnensystem doppelt so viele Asteroiden unterwegs sein könnten, als bisher angenommen.

Projekte anderer Raumfahrtbehörden
Neben der Landung auf zwei verschiedenen Asteroiden mit ihren Missionen Hayabusa und Hayabusa2 plant die japanische Raumfahrtbehörde JAXA derzeit eine Mission zur Untersuchung der beiden Monde des Mars, Phobos und Deimos. Im Rahmen der Mission „Martian Moons eXploration“ (MMX) ist sogar die Rückführung von Proben eines Mondes zur Erde geplant. Auch die NASA hat in der Vergangenheit extraterrestrische Objekte besucht, wobei die Dawn-Mission die erste war, die einen Zwergplaneten – Ceres – umkreiste und auch den größten Asteroiden im Asteroidengürtel, VESTA, besuchte. Dawn entdeckte, dass es unter der Oberfläche von Ceres Reste eines flüssigen Ozeans geben könnte und fand organisches Material. Außerdem wurde bestätigt, dass Vesta der Ursprung vieler Meteoriten auf der Erde ist.

Die US-amerikanische Stardust-Mission sammelte Staub vom Kometen Wild-2. Die daraus gewonnen Erkenntnisse haben zu dem Schluss geführt, dass die Entstehungsgeschichte der Kometen umgeschrieben werden muss. Deep Impact besuchte den Kometen Tempel 1. Dabei wurde ein Projektil (Impaktor) in die Flugbahn des Kometen gebracht, das dort einschlug und Materialien wie Wassereis und organische Substanz freilegte. Die Ergebnisse der Mission deuten darauf hin, dass Kometen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben könnten.

Aktuell umkreist die Raumsonde OSIRIS-REx der NASA einen Asteroiden und soll Gesteinsproben sammeln und zur Erde zurückzubringen. Davon erhoffen sich die Wissenschaftler, mehr über die Entstehung des Sonnensystems und des Lebens zu erfahren. Die kanadische Weltraumbehörde (CSA) beteiligte sich ebenfalls an OSIRIS-Rex. Sie stellen ein Instrument zur Verfügung, das die Oberfläche des Asteroiden kartiert, so dass Wissenschaftler einen geeigneten Probenentnahmeort auswählen können. Die CSA entwickelte auch den erdnahen Objektüberwachungssatelliten (NEOSSat), dessen Ziel es ist, Asteroiden, die der Erde eines Tages gefährlich nahe kommen könnten, zu entdecken, zu verfolgen und zu katalogisieren.

Und nicht nur die Raumfahrtagenturen sind daran beteiligt, mehr über NEOs zu erfahren – auch die Europäische Südsternwarte (ESO) beschäftigt sich mit dieser Aufgabe. Vor kurzem entdeckte das Very Large Telescope der ESO einen Doppelasteroiden, der an der Erde vorbeiraste. Dies bot eine gute Gelegenheit, um die Zusammenarbeit der Weltraumorganisationen beim Auftauchen eines gefährlichen erdnahen Objekts (NEO) zu üben. Koordiniert wurde das Projekt vom International Asteroid Warning Network (IAWN), einer Zusammenarbeit vieler Weltraumorganisationen zum Schutz der Erde vor NEOs.

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Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: NASA.

CERES steht für Clouds and the Earth’s Radiant Energy System. Dementsprechend liefern die so bezeichneten Instrumente Informationen zu ein- und ausfallender Strahlung am Oberrand der Atmosphäre und an der Oberfläche der Erde.

Leitender Wissenschaftler eines Projektes der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtagentur (NASA), das sich der Energiebilanz der Erde widmet, ist Norman Loeb. Die Erde mit ihren verbundenen Systemen haben ihn immer fasziniert. Loeb sagt: „ Es ist eine ziemlich interessante Angelegenheit, wenn man daran denkt, wie Energie in unterschiedlichster Art und Weise zwischen Atmosphäre, Meeren, den Landmassen und schneebedeckten Oberflächenanteilen ausgetauscht und verteilt wird.“

Über zusätzliche Informationen zu den Austauschprozessen dürfte sich Loeb freuen, wenn CERES FM6 an Bord des polaren Wettersatelliten Joint Polar Satellite System 1 (JPSS 1) in Betrieb genommen wurde. JPSS 1 soll demnächst auf einer Delta-II-Rakete von der Startanlage 2W der Luftwaffenbasis Vandenberg (Vandenberg Air Force Base, VAFB) in Kalifornien aus in den Weltraum transportiert werden. Aktuell ist der Start des Satelliten, der später unter der Ägide der US-amerikanischen nationalen Wetterbehörde (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) betrieben werden soll, für den 10. November 2017 angesetzt.

Beobachtungsdaten von CERES liefern wichtige Informationen über die Energiebilanz vom oberen Rand der Atmosphäre, wo einerseits eine gewisse Menge Strahlungsenergie von der Sonne aufgenommen und andererseits eine gewisse Menge Wärmestrahlung an den Weltraum abgegeben wird. Loeb erklärt das so: „Wenn man weiß, wie viel Strahlung von der Sonne die Erde erreicht, und außerdem bekannt ist, wie viel der Strahlung von der Sonne durch die Erde reflektiert wird und welche Menge an Wärmestrahlung die Erde abgibt, bekommt man die Energiebilanz. Wenn mehr Energie hineinkommt, als abgegeben wird, wird sich das System schließlich aufheizen.“

Die Wege, auf der eine veränderliche Energiebilanz andere System auf der Erde beeinflusst, betrachtet Loeb mit Ehrfurcht: „Auf gewisse Weise ist es wunderbar und verblüffend, wie die über die Erde verteilte Strahlung die Zirkulation in den Meeren und das Wetter in der Atmosphäre beeinflusst.“

Fünf CERES-Instrumente sind bereits an Bord von Satelliten im All. Die von CERES-FM6 erwarteten Daten werden die Fortsetzung der laufenden Bestimmung der Veränderungen von Energiebilanz und Wolkenbedeckung erlauben, helfen, die Ursachen für die beobachteten Veränderungen zu ermitteln, und für klimarelevante Entscheidungsprozesse eine Datenbasis bieten. Loeb: „Was wir zu tun versuchen ist, unsere CERES-Aufzeichnungen zu erweitern.“

Die Konstruktion der CERES-Instrumente basiert auf einem Modell, das vom Forschungszentrum Langley (Langley Research Center, LaRC) entworfen worden war. Im Rahmen des Earth Radiation Budget Experiment hatte das LaRC zwischen 1984 und 1990 auf drei Satelliten derartige Instrumente zur Bestimmung der Energiebilanz der Erde eingesetzt.

Mitte der 1990er war schließlich begonnen worden, an einer kontinuierlichen Sammlung von Daten zur Energiebilanz der Erde zu arbeiten. 1997 gelangte dann das erste CERES-Instrument an Bord des Erdbeobachtungssatelliten TRMM ins All. Es hörte im Jahr 2000 auf, Daten zu erfassen. Vorher jedoch hatte man schon CERES FM1 und FM2 im Weltraum stationieren können. Die beiden Instrumente befinden sich an Bord des Erdbeobachtungssatelliten TERRA, der 1999 gestartet worden war. CERES FM3 und CERES FM4 umkreisen als Nutzlast des Erdbeobachtungssatelliten Aqua seit 2002 die Erde. Bis dato jüngstes Familienmitglied ist CERES FM5, seit 2011 an Bord von Suomi NPP im All.

Im Rahmen des Projekts werden auch Daten der Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) an Bord von Aqua und Terra benutzt, sowie von der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) an Bord von Suomi NPP. Wenn JPSS 1 in Betrieb genommen worden ist, soll auch dessen VIIRS Daten beisteuern, und die Informationen von CERES mit solchen über Wolken, Aerosole – kleinste Partikel in der Atmosphäre – und Oberflächeneigenschaften ergänzen.

Seit Jahrzehnten arbeiten Wissenschaftler daran, herauszufinden, wie sich die Energiebilanz in Reaktion auf andere Veränderungen wie die von Temperaturen, Wasserdampf, Wolken, Schnee und Aerosolen im System wandelt.

Ein Anstieg der Konzentration bestimmter Gase, die von der Erde kommende Infrarot- bzw. Wärmestrahlung absorbieren können, in der Atmosphäre kann zur Erwärmung der Erdoberfläche und der unteren Atmosphärenschichten führen. Gleichzeitig können diese Gase eine Abkühlung der oberen Atmosphärenschichten bewirken, weil sie Energie, die sonst die oberen Atmosphärenschichten erwärmen könnte, weiter unten einfangen.

Auch die Reflektion von Strahlung, insbesondere der von der Sonne aus dem Weltraum, durch Wolken und Aerosole kann für eine Abkühlung sorgen. Tiefliegende, dicke Wolkenformationen können die Sonnenstrahlung gut reflektieren. Sie verhindern, dass Energie von der Sonne vom Erdboden aufgenommen wird. Aerosole können sich ähnlich auswirken. Sie können aus vom Wind aufgewirbeltem Staub bestehen, aus Rückständen aus der Verbrennung fossiler Energieträger wie zum Beispiel Diesel und Benzin, sowie bei der Brandrodung von Wäldern und dem Abflämmen von Feldern entstehen.

Die CERES-Messungen sollen den Wissenschaftlern Informationen über die sich ändernde Absorption und Reflektion, welche Einfluss auf langfristige Klimatrends haben, liefern.

Aber auch die Vorhersage kurzfristigerer Entwicklungen kann von CERES-Daten profitieren. Saisonale großräumige Effekte wie El Niño und La Niña stehen unter dem Einfluss von Wolkenbedeckung und Strahlungsbudgets. El Niño und La Niña entstehen auf Grund von Fluktuationen von kaltem und warmem Wasser im Pazifik im Bereich des Äquators. Laut Loeb ist es wichtig, die Veränderungen von Jahr zu Jahr aufzuzeichnen, zu modellieren und zu verstehen.

Farmer könnten bei Entscheidungen,welche Pflanzen angebaut werden sollen, und wann die Aussaat erfolgt, saisonale Vorhersagen zu Rate ziehen.

Forscher verwenden CERES-Daten zur Bestimmung von Mustern und Trends der veränderlichen Eis- und Schneebedeckung in den Polarregionen. Betreiber von Photovoltaikanlagen, Nutzer von Sonnenwärme-Anwendungen und Landwirte nutzen Daten zur erwartbaren Sonneneinstrahlung.

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• JPSS 1 auf Delta 2 von Vandenberg

Der Beitrag CERES: Der Energiebilanz der Erde auf der Spur erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: NASA.

Während der kommenden Monate soll Dawn näher als bisher an Ceres alias A899 OF und 1943 XB herankommen. Die 2007 gestartete Sonde kreist nach einem Besuch des großen Asteroiden Vesta seit dem 6. März 2015 um den Zwergplaneten Ceres.

Aktuell untersuchen Dawns Flugdynamiker Wege, Dawn in eine Bahn zu steuer, deren der Oberfläche von Ceres nächstliegender Bahnpunkt bei unter 200 Kilometer liegen soll. Bisher war Dawn maximal bis auf rund 240 Kilometer der Oberfläche des Zwergplaneten nahegekommen.

Die Priorität der Forschungen im Rahmen der zweiten Missionserweiterung bei Ceres liegt nach einer Meldung des Labors für Strahlantrieb (Jet Propulsion Laboratory, JPL) der NASA mit Datum vom 19. Oktober 2017 bei der Sammlung von Daten durch Dawns Gamma- und Neutronspektrometer (Gamma Ray and Neutron Detector, GRaND), das vom Los Alamos National Laboratory (LANL) in den USA entwickelt worden war. Das Instrument ist in der Lage, Menge und Energie von Gamma- und Neutronenstrahlung zu bestimmen. Die Informationen, die man von dem Instrument erhalten kann, sind wichtig für das Verständnis der Zusammensetzung der obersten Schichten der Atmosphäre von Ceres und die Beantwortung der Frage, wie viel Eis es dort gibt.

Fortsetzen will man auch die Beobachtung von Ceres und seinen geologischen Oberflächenstrukturen im Bereich des für den Menschen sichtbaren Lichts mit den beiden in Deutschland entstandenen Framing Cameras (FC) vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen und dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof. Ebenfalls weiterführen möchte man mineralogische Untersuchungen, in deren Rahmen ein von der Italienischen Raumfahrtagentur (Agenzia Spaziale Italiana, ASI) beigesteuertes Spektrometer für sichtbares Licht und Infrarotstrahlung (Visible & Infrared Spectrometer, VIR) zum Einsatz kommt.

Die neuerliche Missionserweiterung erlaubt es auch, Dawn einzusetzen, während Ceres sich durch das Perihel, die größte Annäherung an die Sonne, bewegt. Im April 2018 erreicht Ceres auf seiner Bahn um die Sonne, auf der er für eine Runde etwa 1.682 Erdtage benötigt, das nächste Perihel.

Je näher Ceres an die Sonne herankommt, desto mehr Eis von seiner Oberfläche könnte sich in Wasserdampf verwandeln, was bei der vom ESA-Weltraumteleskop Herschel vor der Ankunft von Dawn bei Ceres beobachteten veränderlichen dünnen Atmosphäre eine Rolle spielen könnte. Bislang von Dawn gelieferte Daten werden derart interpretiert, dass der Wasserdampf in der Atmosphäre entsteht, wenn energiereiche Teichen von der Sonne mit Eis auf der Oberfläche von Ceres interagieren. Während des Durchgangs durch das Perihel soll Ceres auch von am Erdboden stationierten Teleskopen beobachtet werden. Die Informationen von den Teleskopen und der Raumsonde möchte man anschließend zusammen betrachten und auswerten.

Aktuell rechnen die Missionsplaner damit, Dawn bis in die zweite Hälfte des Jahres 2018 hinein nutzbringend einsetzen zu können. Irgendwann allerdings wird die Mission der Sonde sicher enden. Im Rahmen von Bestrebungen, Ceres vor Kontaminationen von der Erde zu schützen, soll Dawn schließlich in einen auf lange Zeit sicheren Orbit um Ceres gebracht werden, aus dem heraus auf absehbare Zeit kein Absturz auf Ceres erfolgen kann, auch wenn (dann später) schon lange kein Hydrazin und Xenon für Dawns Triebwerke an Bord mehr vorhanden ist. Nach der letzten Bahnänderung will man die Sonde noch solange weiter betreiben, wie es ihr Zustand zulässt.

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B

Der Beitrag Missionsverlängerung für Dawn im Orbit um Ceres erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: NASA.

Während der Vorbereitung von Beobachtungen bei einer bestimmten Opposition genannten Konstellation, bei der Dawn sich im Bereich zwischen der Sonne und Ceres bewegte, wurde am 23. April 2017 ein sogenannter Sicherheitsmodus („safemode“) ausgelöst, bei dem die Sonde in einen Zustand eingeschränkter Aktivität mit definiertem Kommunikationsverhalten versetzt worden ist.

Im Verlauf einer turnusmäßigen Kommunikationssitzung übermittelte die Sonde am 24. April 2017 Informationen zur Erde, aus denen hervorging, dass die Sonde nun auch das dritte von vier Reaktionsrädern an Bord – relativ schwere, scheibenförmige Massen, die elektromotorisch angetrieben die Lage der Sonde im Raum verändern können – verloren hatte. Der Fehler war aufgetreten, nachdem Dawn am 22. April 2017 eine fünfstündige angetriebene Flugphase unter Nutzung ihres elektrischen, Xenon ausstoßenden Triebwerkssystems absolviert hatte. Wegen des Ausfalls kamen weitere, kürzere angetriebene Flugphasen am 23. und 24. April 2017 nicht zu Stande.

Nachdem die Bodenkontrolle auf der Erde Kenntnis von dem Problem an Bord der Sonde erlangt hatte, gelang es am 25. April 2017 die Sonde wieder in ein Standartbetriebsregime mit einer Lageregelung durch kleine, Hydrazin katalytisch zersetzende Triebwerke zu versetzen. Die Bahn der Sonde würde es nach Angaben der NASA auch erlauben, die während der Opposition vorgesehenen Messungen durchzuführen. Außerdem werde es im verbleibenden Teil der erweiterten Mission von Dawn im Orbit um Ceres laut NASA durch den Ausfall des Reaktionsrades keine signifikanten Beeinträchtigungen geben.

Dawn war im Jahre 2007 gestartet worden. Vor Erreichen des Zwergplaneten Ceres konnte Dawn bereits den großen Asteroiden Vesta intensiv untersuchen. 2016 schloss Dawn ihre Primärmission im Orbit um Ceres ab. Aktuell wird die Sonde im Rahmen einer Missionserweiterung betrieben.

Auf den Ausfall des Reaktionsrades war man – auch wegen bereits gewonnener Erfahrungen – vorbereitet. Das erste Reaktionsrad hatte im Juni 2010 – etwa ein Jahr vor Ankunft bei Vesta – seine Arbeit eingestellt, ein weiteres im August 2012 im Orbit um Vesta. Zunächst wurden die Hydrazin-Triebwerke benutzt, um den Verlust der Reaktionsräder zu kompensieren. 12 dieser 0,9 Newton starken Triebwerke sind um den Hauptkörper der Sonde herum verteilt.

NASAs Labor für Strahlantrieb (JPL) aus Pasadena in Kalifornien und der Hersteller der Sonde, die Orbital ATK Inc. aus Dulles im US-Bundesstaat Virginia, entwickelten eine Software für einen hybriden Kontrollmodus, der die eingeschränkte Nutzbarkeit der Reaktionsräder berücksichtigte. Diese Software war dann im April 2011 auf der Sonde installiert worden.

Wegen der beschränkten Menge von Hydrazin an Bord entwarf man außerdem eine Strategie, in deren Rahmen man beim Orbiteinschuss bei Ceres möglichst wenig Treibstoff einsetzen wollte.

Für den weiteren Weg zu Ceres und beim anschließenden Orbiteinschuss benötigte man schließlich statt der ursprünglich projektierten 12,5 Kilogramm nur 4,4 Kilogramm Hydrazin. Gestartet war Dawn mit 45,6 Kilogramm Hydrazin an Bord, beim Abflug von Vesta waren noch 32,3 Kilogramm verfügbar.

Die Mission der Sonde wird im Orbit um Ceres beendet. Es gab Überlegungen, den Ionenantrieb der Sonde zu benutzen, um sie in Richtung eines weiteren Objektes im Asteroidengürtel, (145) Adeona, zu beschleunigen. Ein Verbleib bei Ceres betrachtete man schließlich als wissenschaftlich nachhaltiger.

Das verbliebene Hydrazin an Bord wird man weiter verwenden, um die Sonde während geplanter Kommunikationssitzungen so auszurichten, dass ihre Kommunikationsantenne zur Erde senden kann. Außerdem muss die Sonde während der Beobachtung von Ceres so gesteuert werden, dass ihre Solarzellenausleger ausreichend Sonnenlicht einfangen können. Verliert man die Möglichkeit zu einer entsprechenden Ausrichtung, kann das Missionsende zügig kommen. Erwartet wird, dass Dawn noch Jahrzehnte nach Betriebsende als künstlicher Mond um Ceres kreisen wird.

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• Dawn (Discovery 9) auf Delta II 7925H D327 von CC SLC-17B

Der Beitrag Einradsonde Dawn erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Andreas Morlok. Quelle: Andreas Morlok.

Die auf dem Gebiet der Planetologie wohl wichtigste Tagung ist die alljährliche Lunar and Planetary Science Conference (LPSC). Diese findet seit 1970 in Houston statt. Ort, Name und Datum weisen auf den Ursprung der Tagung hin. Diese sollte eigentlich nur für die Präsentation der ersten Ergebnisse aus den Untersuchungen der Apollo-Proben stattfinden. Aber über die Jahre ist die Tagung stetig gewachsen, schon lange ist sie (leider) zu groß für den ersten Veranstaltungsort, bis 2001 im Johnson Space Center bei Houston (inzwischen im malerischen Woodlands weit im Norden der Stadt).

So eine große Tagung ist natürlich auch ganz praktisch für weitere, kleinere Treffen im Dunstkreis. So findet traditionell am Wochenende vor der LPSC das Micro Symposium statt. Dieses wird gemeinsam von der Brown University in Providence und dem Vernadsky Institut in Moskau veranstaltet. Die Wurzeln des Treffens reichen bis in die Zeit des kalten Krieges, als der wissenschaftliche Austausch zwischen den politischen Blöcken nicht ganz so einfach war. So organisierten Jim Head (dieses Mal mit einem leidenschaftlichen Plädoyer für die russische Raumfahrt) und Hal Masursky (USGS) 1985 das erste Symposium, um Venusforscher von beiden Seiten in einer informellen Umgebung zusammenzubringen.

Die Vorträge sind etwas länger (30 Minuten), und werden intensiver (aber in freundlicher Atmosphäre) diskutiert. Und da können sich sogar Leute daran beteiligen, die mal auf einer ausgedehnteren Exkursion vor Ort gewesen sind (dieses Mal wieder Harrison Schmitt, auf dem Mond mit Apollo 17 Anno 1972).

Aber zurück zur LPSC. Thematisch umfasst die Tagung inzwischen auch weit mehr als den Mond. Thema sind die inneren, terrestrischen Körper des Sonnensystems, Eismonde, Asteroide und Kometen. Eigentlich alles außer den großen Gasplaneten. Will man aktiv teilnehmen, so findet das in Form eines Vortrages (10 Minuten + 5 Minuten Fragen) oder eines Posters statt. Da steht man in einer langen Reihe von Stellwänden in einer großen Halle vor einem etwa DIN A0 großen Poster über die eigene Forschung. Im Gegensatz zum Vortrag kann man da natürlich lange mit Leuten diskutieren, vorausgesetzt jemand interessiert sich für das mühsam erstellte Poster. Bei Vorträgen kriegt zumindest das anwesende Publikum die Präsentation mit.

Früher hatte die LPSC den Ruf einer ‚härteren‘ Tagung, wo nach Vorträgen noch intensiv nachgefragt wurde. Aber eigentlich hat sich das gelegt, der Umgang ist recht zivilisiert. Die Vorträge fanden dieses Jahr in bis zu 5 Sitzungen parallel statt, es war also schwierig, alles mit zu verfolgen.

Und Tagungen sind natürlich prima Gelegenheiten, mit der Kollegenschaft in Kontakt zu bleiben. Das geht dann in der Regel beim Icebreaker Sonntagabend los. Früher wurde da noch ziemlich feudal Essen und Flüssigkeit mit variablem Alkoholgehalt aufgetischt. Leider haben die vielen Kürzungen auch nicht bei der NASA halt gemacht, und da geht es bei dieser Veranstaltung jetzt deutlich bescheidener zu. Und der Austausch mit den Kollegen ist natürlich auch ein gewichtiger Punkt bei einer solchen Tagung – man bekommt nicht nur mit, was in wissenschaftlicher Hinsicht läuft, sondern auch was sonst so im Feld abgeht. Dazu gehören auch diverse Veranstaltungen im Umfeld, wie das NASA Headquarters Briefing. Da stellen sich die für Geld und Forschung zuständigen den Kollegen. Gerade in jüngerer Zeit wegen der Kürzungen gerne eine lautstarke Veranstaltung.

In den 15 Jahren in denen ich fast jährlich an der LPSC teilnehme, hat sich die Tagung ordentlich verändert – alleine schon von der Größe her. Aber auch inhaltlich: früher hielten sich in etwa die analytische Planetologie (also Laboruntersuchungen von extraterrestrischem Material, was ich so treibe) und planetare Geologie, eher Oberflächenstudien basierend auf Fernerkundungsdaten, in etwa die Waage. Dank der vielen Raumsonden-Missionen in der Zwischenzeit hat sich das Gewicht deutlichst zugunsten letzteren Feldes verschoben (auch wenn insgesamt die Beiträge für alle Gebiete gewachsen sind).

Dieses Mal war die LPSC wegen Ostern etwas verkürzt. Wohl ein Grund, weshalb die Tagung (zumindest gefühlt) deutlich ruhiger war als normalerweise. Aber immer noch ordentlich groß, es sollten wohl knapp zweitausend Teilnehmer gewesen sein.

Dieses Mal gab es zwei eindeutig dominierende Themen, die sich auch gut ergänzten – Ceres und natürlich Pluto. In beiden Fällen wurde die erste Runde an Daten inzwischen ordentlich verarbeitet, so dass sich allmählich ein Gesamtbild ergibt. Ceres ist die Endstation der Dawn-Sonde, nach dem außerordentlich erfolgreichen Besuch von Vesta. Also die erste echte interplanetare Raumsonde, die in eine Umlaufbahn um mehrere planetare Körper ging.

Was die Zusammensetzung des Kleinplaneten angeht, so scheint man sich auf einen Matsch aus ammoniakhaltigen Tonmineralen, Eisenoxiden, Karbonaten plus kohlenstoffhaltigem Zeug geeinigt zu haben. Ein zentraler Punkt bei der Mission war die Verbindung von Vesta und Ceres mit Meteoriten. Bei Vesta ist der schon zuvor vermutete Link zu den häufigen HED-Meteoriten (Howardite, Eukrite, Diogenite) dank Dawn wohl gesichert. Bei Ceres war es schon schwammiger, es gab zuvor viel Spekulation in Richtung kohlige Chondrite.
Der Vergleich von Infrarotspektren ergab jetzt zwar keine direkte Verbindung zu einer speziellen Meteoritengruppe. Das ist aber aufgrund der sich abzeichnenden Entstehungsgeschichte von Ceres gar nicht zu erwarten. Wie es aussieht, waren kohlige Chondrite wohl in etwa das Ausgangsmaterial. Dieses wurde in der Frühzeit durch Hitze aus kurzlebigen Isotopensystemen aufgeheizt, und regelrecht durchgeköchelt. Es wird davon ausgegangen, dass Ceres etwas spät gebildet wurde, weshalb er nur vergleichsweise wenig radioaktives Material abbekommen hat.

So sammelte sich das meiste flüchtige und flüssige Material in den oberen Schichten an, wo auch Silikate ordentlich in die Tonminerale umgewandelt (alteriert) wurden. Die inneren Schichten sind dann wohl deutlich Gesteinsreicher. Die Hypothese ist, dass es sich beim Material an der Oberfläche um noch höher alteriertes Material handelt, als in den Meteoritensammlungen Verfügbar – wo die CI-Chondrite vom Typ 1 bisher das Ende der Fahnenstange darstellen. Vielleicht das erste Vorkommen vom Typ 0?

Außerdem ist das Vorkommen von Wassereis auf Ceres jetzt wohl gesichert. Ceres ist wohl ein Zwischenglied zwischen Gesteinskörpern des inneren Sonnensystems und den Eiskugeln weiter außen. Eine interessante Idee ist, dass Ceres vielleicht selber etwas weiter außen gebildet wurde, um die Stabilität von Ammoniak zu erklären.

Die Reaction Wheels, notwendig um die Sonde für die hohe räumliche Auflösung zu stabilisieren, werden voraussichtlich bis 2017 durchhalten, also ist noch einiges an weiteren Daten zu erwarten. Was auch auffiel war das einige der Vortragenden bei den Fragen etwas ausweichend waren, einige Ergebnisse sind wohl unter Embargo bis zur Veröffentlichung. Bester Kommentar von Thomas McCord vom Bear Fight institute (zum weißen Fleck im Occator-Krater): „The dome looks like Mount St. Helens before it blew up“. Und in der Tat gibt es Hinweise, dass Ceres durchaus noch geologisch aktiv sein könnte.

Und dann Pluto. Von einer traurigen Anordnung an Pixeln zu einem kartographierten Körper innerhalb von knapp einem Jahr, dank der spektakulären New Horizons-Mission. Dass Team Pluto verdienterweise in außerordentlich ekstatischer Stimmung war, braucht wohl nicht extra betont zu werden. Entsprechend groß war auch der Andrang zu den Sessions, der Saal war in der Regel voll.

Die Ergebnisse wurden in der Presse wohl schon ausführlich behandelt – die Oberfläche wird durch Methan und Stickstoff dominiert, Wassereis spielt ein wenig die Rolle von Gestein.

Teile der Oberfläche sind jung, sehr jung – Teile der Sputnik Planum sind wohl jünger als 10 Millionen Jahre. Das erlaubt Spekulationen über heutige Aktivität auf Pluto.

Noch besser, selbst die sehr dünne Atmosphäre des nicht mehr ganz-Planeten scheint regelrechte Zirkulationsmuster zu zeigen. Ein weiteres spektakuläres Ergebnis, das passenderweise auch zeitgleich mit der Tagung veröffentlicht wurde, ist die Entdeckung eines mutmasslichen True Polar Wander (TPW) Ereignisses auf dem Mond. TPW bedeutet, dass der Mantel eines Körpers auf dem Eisenkern verrutscht, so dass die Pole (nicht aber die Rotationsachsen!) sich verschoben haben.

TPW ist ein echtes Hot Topic zur Zeit. Auch für Pluto wurde ein solches Ereignis auf der LPSC vorgeschlagen, sowie auch für Merkur, und gerade erst wurde ein Paper über ein ähnliches Ereignis auf dem Mars veröffentlicht.

Ein paar Veranstaltungen wurden gefilmt. Einige Poster gibt es hier online, und auch Twitter war sehr aktiv, besonders ein Kollege aus Arizona hier.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, JPL.

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroidengürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres.

Seit dem 23. April umkreiste DAWN ihr Zielobjekt dabei zunächst in einem Abstand von rund 13.600 Kilometern und fertigte im Rahmen dieser als „RC3“ – so die Abkürzung für die der Beobachtung und Kartierung von Ceres dienenden „Rotation Characterization Phase 3“ – bezeichneten Missionsphase mit der Framing Camera – dem unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Kameraexperiment an Bord der Raumsonde – fast 2.000 Aufnahmen an, welche die gesamte Oberfläche des Zwergplaneten abdeckten.

Bereits am 9. Mai 2015 hatte DAWN den zuvor für die RC3-Phase eingenommenen Orbit verlassen und näherte sich der Ceres-Oberfläche weiter an. Am 3. Juni erreichte die Raumsonde dabei schließlich den so genannten „Survey Orbit“, welcher in einer Höhe von nur noch 4.400 Kilometern über der Oberfläche von Ceres verläuft. Drei Tage später begann eine weitere Beobachtungskampagne, in deren Verlauf die Framing Camera die Oberfläche des Zwergplaneten mit einer räumlichen Auflösung von 410 Metern pro Pixel abbilden kann. Bei diesen Fotos handelt es sich um die am höchsten aufgelösten Aufnahmen, welche bisher von Ceres angefertigt wurden. Auf ihnen zeigen sich nicht nur weitere rätselhafte ‚helle Flecken‘, sondern auch ein auf einem ebenen Gelände befindlicher pyramidenförmiger Berg, welcher laut den Schätzungen der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler rund fünf Kilometer in die Höhe ragt.

Die rätselhaften ‚hellen Flecken‘ im Detail
Bereits während der Annäherungsphase an Ceres konnte die Raumsonde mehrfach diverse ‚helle Flecken‘ abbilden (Raumfahrer.net berichtete). Eine eindeutige Erklärung für diese räumlich eng begrenzten und stark reflektierenden Regionen auf der Oberfläche des Zwergplaneten konnte bisher noch nicht gefunden werden. Die derzeitigen Vermutungen gehen jedoch nach wie vor in die Richtung, dass es sich bei diesen auffälligen Strukturen um Ablagerungen von Wassereis handelt, welches sich in einem größeren Umfang unmittelbar unter der Oberfläche des Zwergplaneten befinden könnte und das in diesen speziellen Fällen infolge von – eventuell sogar erst kürzlich erfolgten – Impaktereignissen freigelegt wurde.

Auf Aufnahmen, welche bereits am 9. Juni angefertigt wurden, ist erneut eine markante Gruppierung diverser Flecken erkennbar, welche sich im Inneren eines etwa 92 Kilometer durchmessenden Kraters auf der nördlichen Hemisphäre des Zwergplaneten befinden. Bei der Analyse der entsprechenden Fotos entdeckten die beteiligten Planetologen mindestens acht weitere Flecken, welche zuvor aufgrund der bisherigen geringen Oberflächenauflösung der Ceres-Aufnahmen nicht erkennbar waren. Die neu entdeckten Strukturen befinden sich in der Nähe eines besonders hellen Gebietes im Zentrum des Kraters, welches über einen Durchmesser von rund neun Kilometern verfügt.

Im weiteren Verlauf der Mission wollen die beteiligten Wissenschaftler die Natur dieser Flecken mit Spektralmessungen entschlüsseln. Hierbei werden die beiden anderen Instrumente von DAWN – ein im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitendes Spektrometer (abgekürzt „VIR“) und ein Gamma- und Neutronenspektrometer (abgekürzt „GRAND“) – zum Einsatz kommen.

Ein pyramidenförmiger Berg
Die jüngsten Aufnahmen des Kamerasystems verdeutlichen zudem erneut, dass die Oberfläche des rund 975 x 909 Kilometer durchmessenden Zwergplaneten von einer Vielzahl an Impaktkratern dominiert wird, welche allerdings nicht gleichförmig verteilt sind. Zudem weisen diese Krater unterschiedliche Formen auf. Neben zahlreichen eher kleineren und anscheinend ‚flachen‘ Kratern zeigen die Bilder auch von Kraterwällen umgebene Impaktstrukturen und auffallend viele Krater, in deren Zentrum sich ein Zentralberg befindet.

Neben den besagten hellen Flecken und Impaktkratern zeigen die Aufnahmen der Framing Camera zudem auch erstmals deutlich einen steilen, pyramidenförmigen Berg. Dieser befindet sich auf einem relativ flachen Gelände und überragt das umgebende Terrain um etwa fünf Kilometer.

Des weiteren entdecken die Planetenforscher auf den Ceres-Aufnahmen inzwischen immer mehr Hinweise auf geologische Aktivitäten, welche sich auf der Oberfläche des Zwergplaneten abgespielt haben müssen. Hierzu zählen fließförmige beziehungsweise eingesunkene Strukturen sowie diverse Hangrutschungen. Ceres, so die bisherige Einschätzung der Wissenschaftler, scheint damit deutlich mehr Überbleibsel einer früheren oder gar einer erst vor Kurzem erfolgten Aktivität zu zeigen als der Asteroid (4) Vesta, den die Raumsonde DAWN vom Juli 2011 bis zum August 2012 erkundete.

„Die doch beachtliche Anzahl an hellen Ablagerungen lassen vermuten, dass auf Ceres frisches Material an die Oberfläche gelangt. Auch der sehr steile Berg ist ein Beleg für besondere Aktivitäten in der Kruste“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der Mission. „Ceres scheint durch viel komplexere geologische Prozesse geprägt worden zu sein als bisher vermutet.“

DAWN wird noch bis zum 30. Juni 2015 in dem derzeitigen Beobachtungsorbit verbleiben und Ceres dabei auf einer über dessen beide Pole verlaufenden Umlaufbahn alle drei Tage in einer Entfernung von etwa 4.400 Kilometern umrunden. Anschließend wird die Raumsonde diesen Orbit verlassen und sich der Oberfläche bis zum 4. August 2015 bis auf 1.450 Kilometer Entfernung nähern.

Aus diesem „High Altitude Mapping Orbit“ (kurz „HAMO“) heraus wird es dann möglich sein, Oberflächenaufnahmen mit einer Auflösung von 140 Metern pro Pixel anzufertigen. Der HAMO ist dabei besonders für die weitere Optimierung eines dreidimensionalen Geländemodells der Ceres-Oberfläche von Bedeutung mit dem alle geologischen Formationen auf der Oberfläche des Zwergplaneten erkennbar sein werden.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.
Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Ceres: DAWN bildet vermeintliche Kraterketten ab (29. Mai 2015)
• Ceres: DAWN hat die erste Erkundungsphase beendet (14. Mai 2015)
• Raumsonde DAWN – Neue Aufnahmen von Ceres (21. April 2015)
• Raumsonde DAWN – Im Bann des Zwergplaneten Ceres (6. März 2015)
• Raumsonde DAWN ist auf der Zielgeraden (3. März 2015)

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• Asteroidengürtel
• Mission DAWN

NASA Press-Kit:

• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

Der Beitrag Raumsonde DAWN: Ein pyramidenförmiger Berg auf Ceres erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: JAXA, NASA, WMO.

TRMM steht für Tropical Rainfall Measuring Mission, dementsprechend war der Satellit insbesondere für die Aufzeichnung von Daten über Regenereignisse in den Tropenregionen unseres Planeten gedacht.

Es handelte sich um ein gemeinsames Projekt der US-amerikanischen Luft und Raumfahrtagentur (National Aeronautics and Space Administration, NASA) und der japanischen Weltraumforschungsagentur (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) bzw. deren Vorgängerin, der nationalen Weltraumentwicklungsagentur (National Space Development Agency, NASDA).

Der vom Goddard-Weltraumflugzentrum (Goddard Space Flight Center, GSFC) der NASA mit Komponenten und Instrumenten aus den USA und Japan gebaute, beim Start rund 3,62 Tonnen schwere Satellit war am 27. November 1997 auf der H-II-Rakete mit der Bezeichnung 6F zusammen mit dem rund 2,9 Tonnen schweren Dockingexperiment ETS 7 vom Startkomplex Yoshinobu 1 (Y1) im japanischen Tanegashima aus in den Weltraum gelangt.

14 Minuten und 12 Sekunden nach dem um 21:27 Uhr UTC erfolgten Abheben war die Trennung von der Oberstufe der Rakete erfolgt, TRMM hat die Erde anschließend solo auf einer rund 35 Grad gegen den Äquator geneigten Bahn in Höhen zwischen ~ 360 und 380 Kilometern umkreist. Nach der Ausbildung des vorgesehen Arbeitsorbits war TRMM in rund 350 Kilometern Höhe unterwegs, wo er für einen Erdumlauf 91,3 Minuten benötigt hat.

Ab dem 1. September 1998 waren nach einer umfangreichen Test- und Inbetriebnahmephase alle von den Instrumenten des Satelliten zu liefernden Produkte verfügbar, und der Satellit mit einer Auslegungsbetriebsdauer von drei Jahren und zwei Monaten war in der Lage, die vorgesehenen Aufgaben zu erfüllen. Würde der an Bord befindliche Treibstoff später auf eine Menge von 58 Kilogramm abgesunken sein, hätten Vorbereitungen für einen kontrollierten Wiedereintritt begonnen werden sollen.

Das Breitbandradiometer an Bord, als CERES für Clouds and the Earth’s Radiant Energy System bezeichnet, war dann leider bereits rund 9 Monate nach dem Start ausgefallen. Das 57 Kilogramm schwere Instrument hatte die Aufgabe, die Energie in den obersten Regionen der Atmosphäre zu bestimmen und zusätzlich Daten zur Abschätzung von Energie innerhalb der Atmosphäre und an der Erdoberfläche zu liefern.

Die Primärmission von TRMM war zum 31. Januar 2001 abgeschlossen worden. Der Zustand des Raumfahrzeugs hatte es dann erlaubt, umfangreiche zusätzliche Messkampagnen abzuwickeln. Nach sorgfältiger Untersuchung der Situation hatte man entschieden, die Flughöhe des Satelliten nicht in Vorbereitung eines Wiedereintritts abzusenken, sondern sie in einen Bereich mit geringerem atmosphärischen Restwiderstand anzuheben. Im August 2001 hatte die Umlaufbahn von TRMM von rund 350 auf 402,5 Kilometer über der Erde angehoben werden können, was dann einer fortgesetzten länger anhaltenden Nutzung des Satelliten zu Gute gekommen ist.

Auf dem angehobenen Orbit mit einer Periode von 92,4 Minuten war es schwieriger, den Erdhorizont durch das im Infraroten arbeitende Earth Sensor Assembly (ESA) als Orientierung zur Lageregelung zu verwenden, weshalb ab dann ein alternatives Regime zur Lageregelung eingesetzt worden ist, das sich neben den Daten des digitalen Sonnensensors (Digital Sun Sensor, DSS) auf Daten des TAM für Three Axis Magnetometer genannten Magnetometers verließ.

Zur Kontrolle der Genauigkeit und Wirksamkeit der Lageregelung konnten erstmals auch Daten einer Radaranlage mit einer Masse von 465 Kilogramm Bord, des für das wissenschaftliche Programm des Satelliten verwendeten Precipitation Radar (PR) aus Japan, genutzt werden. PR hat über die gesamte Lebensdauer von TRMM wertvolle Informationen geliefert. Die Anlage hat zuvor ungekannte dreidimensionale Blicke in tropische Wirbelstürme und solche in einem Gürtel in Äquatornähe erlaubt. Dem US-amerikanischen nationalen Hurrikan-Zentrum erlaubte das Radar Vorhersagen zur Entwicklung der Intensität der Stürme.

Nach der Erledigung vieler zusätzlicher Messaufgaben und der Lieferung umfangreicher wertvoller Daten – unter anderem unter Nutzung der US-amerikanischen Bahnverfolgungs- und Relaissatelliten der TDRS-Serie – wurde PR am 1. April und die übrige wissenschaftliche Instrumentierung von TRMM am 8. April 2015 abgeschaltet.

Der Satellit näherte sich mittlerweile zügig geringeren Flughöhen, in welchen er immer stärker abgebremst wurde. Bereits im Juli 2014 war der Treibstoff bis auf ein für nötige Ausweichmanöver sicherheitshalber zurückgehaltenes Quantum zur Neige gegangen, und der Abstieg des Satelliten hatte begonnen.

Der Verlust an Bahnhöhe vollzog sich zügiger als Mitte 2014 erwartet. Im April 2015 ging man von einem Wiedereintritt Mitte Juni 2015 – rund ein Jahr früher als 2014 gedacht – aus. Diese Prognose hat sich zwischenzeitlich bestätigt. Am 15. Juni 2015 hörte TRMM auf zu existieren. Als Zeitpunkt für den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre nennt die NASA unter Bezugnahme auf Informationen der US-amerikanischen militärischen Weltraumüberwachung 11:55 Uhr EDT (15:55 Uhr UTC).

Man geht davon aus, dass die meisten Bestandteile von TRMM den Wiedereintritt über dem Süden des Indischen Ozeans nicht überstanden haben. Die NASA meldete, dass 96 Prozent der Satellitenmasse die Erdoberfläche nicht erreichen konnten.

Es besteht allerdings eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass Überreste von Bauteilen aus Titan und rostfreiem Stahl den Sturz bis zur Erdoberfläche überstanden. Als Wahrscheinlichkeit, dass ein Teil des Satelliten eine Person treffen würde, gab die NASA rund 1 zu 4.200 an.

Die Startmasse des Satelliten betrug ~3.620 Kilogramm, unbetankt wog er ~2.730 Kilogramm. An Bord des Satelliten waren beim Start 890 Kilogramm Treibstoff (Hydrazin). Der größte Durchmesser des ~5,1 Meter hohen Satelliten betrug ~3,7 Meter. Die beiden Solarzellenausleger gaben dem Satelliten im All eine Spannweite von ~14,6 Metern.

TRMM ist katalogisiert mit der NORAD-Nr. 25.063 und als COSPAR-Objekt 1997-074A.

Weitere Informationen zu TRMM (in Englisch):

• NASA – TRMM at 15: The Reign of Rain
• JAXA – Presentation materials of the TRMM Symposium Feb. 19, 2015

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