Quelle: DLR-Pressemitteilung vom 06. April 2023.

Gibt es außerhalb der Erde weiteres Leben – vielleicht sogar in unserem eigenen Sonnensystem? Diese „Frage aller Fragen“ treibt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit mehr denn je an. Am 13. April 2023 soll sich die europäische Sonde JUICE (JUpiter ICy Moons Explorer) vom ESA-Weltraumbahnhof in Kourou (Französisch-Guayana) auf eine lange Forschungsreise begeben, die diese und viele weitere Fragen beantworten helfen soll. Acht Jahre wird die Jupitermission der Europäischen Weltraumorganisation ESA zum größten Planeten in unserem Sonnensystem unterwegs sein und dort vor allem seine geheimnisvollen Eismonde aus der Nähe ins Visier nehmen. JUICE wird dabei zum ersten Mal durch einen „nahen“ – im besten Fall nur 750 Kilometer entfernten – Vorbeiflug am Mond und 36 Stunden später an der Erde Schwung holen, zum ersten Mal aus der Umlaufbahn eines anderen Planeten in einen Orbit um einen seiner Monde wechseln und damit auch zum ersten Mal überhaupt einen anderen Mond als unseren eigenen umkreisen.

Mit GALA (GAnymede Laser Altimeter) kommt zum ersten Mal ein Instrument dieser Art im äußeren Sonnensystem zur Anwendung, mit dem die Oberfläche dreidimensional abgetastet und damit Topographie und Gestalt dieser Monde bestimmt werden kann. Mit dabei auf dieser spannenden Reise ist auch Deutschland. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Sitz in Bonn unterstützt JUICE, indem sie den größten Einzelbeitrag eines ESA-Mitgliedslandes – 21 Prozent – zur Mission beisteuert. Diese Mittel sind Teil der Finanzierung der Raumsonde, des Starts mit einer Ariane 5-Trägerrakete und des Missionsbetriebs. Zusätzlich fließen rund 100 Millionen Euro in die deutschen Beiträge zu sieben von insgesamt zehn wissenschaftlichen Instrumenten auf der Raumsonde. Das Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin ist an zwei dieser Instrumente beteiligt: das Laser-Höhenmesser GALA entstand in Verantwortung des DLR und bei der Kamera JANUS war das DLR Teil des italienisch geführten Konsortiums.

„Die Mission der Juice-Sonde ist das Ergebnis erfolgreicher Kooperationen auf nationaler und europäischer Ebene. Nach einem Flug durch unser Sonnensystem wird das DLR-Instrument GALA an Bord der Juice-Sonde ein Höhenmodell des Jupiter-Eismondes Ganymed erstellen. Mit dem Laser-Höhenmesser soll die Verformung der Eiskruste von Ganymed über Monate hinweg gemessen werden. Aus der Höhe der Verformung kann man dann darauf schließen, ob es einen Ozean aus flüssigem Wasser unter der Eiskruste gibt und wie dick die Kruste ist“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandsvorsitzende des DLR. „Und was wäre so eine Mission ohne Kamera, damit wir auf der Erde daran teilhaben können? Zentrale Teile der Hardware der JUICE-Kamera wurden bei uns im Berliner DLR-Institut für Planetenforschung entwickelt und gebaut. Das Kamerasystem JANUS unserer italienischen Partner wird uns auf der Erde mit hoch aufgelösten Oberflächenaufnahmen der Eismonde Ganymed, Callisto und Europa aus wenigen hundert Kilometern Entfernung versorgen.“

„Die bisher größte Planetenmission der ESA macht sich auf den Weg zum größten Planeten in unserem Sonnensystem. JUICE soll Jupiter und seine drei großen Eismonde Ganymed, Callisto und Europa im Vorbeiflug und aus einer Umlaufbahn heraus mit Kameras, Spektrometern, Radar und Laser beobachten und vermessen. Zwei wichtige Instrumente wurden unter deutscher Leitung entwickelt und gebaut. An weiteren fünf sind Einrichtungen aus Deutschland entscheidend beteiligt“, freut sich Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Neben GALA befindet sich als zweites in Deutschland entwickeltes und gebautes Instrument an Bord: das Submillimeter Wave Instrument (SWI) des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen. Es soll die mittlere Atmosphäre des Jupiters sowie die äußerst dünnen Atmosphären und die Oberflächen der „Galileischen Monde“ Ganymed, Europa und Callisto untersuchen. Für das italienische Instrument JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator), das vor allem geologische Strukturen der Eismonde in zum Teil hoher Auflösung beobachten soll, wurden zentrale Teile des Kamerasystems vom DLR-Institut für Planetenforschung entwickelt und gebaut.

Darüber hinaus fördert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR Beiträge zum Teilchenspektrometer Particle Environment Package (PEP), zum Jupiter-Magnetometer (J-MAG), zum Radar-Instrument Radar for Icy Moons Exploration (RIME) und dem Instrument zur Radiosondierung der Jupiteratmosphäre (3GM) aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm.

Ein Reisegefährt wie kein anderes

Für eine besondere Reise braucht man ein spezielles „Gefährt“. Die Raumsonde der JUICE-Mission muss für ihren Weg zum ersten Planeten des äußeren Sonnensystems komplexe Aufgaben erfüllen. Zum einen brauchen die gesammelten Daten 30 bis 50 Minuten zurück zur Erde und neue Kommandos ebenso lange, bis sie an der Sonde ankommen. Der Gasriese Jupiter ist im Schnitt 780 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. Da JUICE auf ihrem Weg aber auch an sehr temperaturintensiven Regionen wie der sonnennahen Venus vorbeikommt, muss sie Temperaturschwankungen zwischen plus 250 bis minus 230 Grad Celsius überstehen. Ein aufwendiges Thermalsystem aus aktiven und passiven Komponenten einschließlich einer neuartigen Isolierung aus vielen einzelnen Schichten soll die Innentemperatur stabil halten. Zum dritten ist am Jupiter das Licht der Sonne 25-mal schwächer als auf der Erde. Zehn Solarpaneele spannen sich deshalb auf einer riesigen Fläche von 85 Quadratmetern auf und liefern rund 700 bis 900 Watt elektrische Leistung. Die Akkus an Bord ermöglichen es der Raumsonde, Verfinsterungen durch Monde und Planeten bis zu fünf Stunden zu überstehen. Ist JUICE am Jupiter angekommen, „lauert“ vor und vor allem hinter dem Gasriesen das stärkste Strahlungsfeld unseres gesamten Sonnensystems.

Auch die Instrumente müssen so ausgelegt sein, dass sie trotz der harschen Weltraum-Strahlung funktionsfähig bleiben. Nahe am Jupiter werden Teilchen wie Protonen, Elektronen und Ionen des Sonnenwinds und von den vulkanischen Auswürfen des Jupiter-Mondes Io vom Magnetfeld des Planeten eingefangen: „Das Magnetfeld beschleunigt diese Teilchen und macht sie so zu kleinen, geladenen Geschossen, die auch unseren Laser-Höhenmesser GALA ständig bombardieren werden. Um die besonders empfindlichen Bestandteile des Instruments vor dieser extrem starken Strahlung zu schützen, wurde daher ein ganz besonderes Design entwickelt. Es ist das erste Mal, dass ein solches Instrument im äußeren Sonnensystem zur Anwendung kommt“, verdeutlicht Prof. Heike Rauer, Leiterin des DLR-Instituts für Planetenforschung, und ergänzt: „JUICE betritt wirklich wissenschaftliches Neuland und wird mit seinen Messungen Datensätze erzeugen, die ganz neue wissenschaftliche Aussagen möglich machen und die sich ausgezeichnet mit Ergebnissen anderer Missionen wie beispielsweise dem Europa Clipper der NASA ergänzen.“

Eine Reiseroute wie keine andere

Um das Jupitersystem sicher und im Zeitplan zu erreichen, nimmt die Sonde eine spezielle Reiseroute. Wie auf einem langen Trip steuert JUICE verschiedene „Wegmarken“ an, um „Bewegungsenergie zu tanken“: „Die Sonde wird nach ihrem Start in ihrer Umlaufbahn um die Sonne zunächst noch einmal im August 2024 an Erde und Mond vorbeifliegen und kräftig Schwung holen. Dieser Schwung katapultiert JUICE zu unserem Nachbarplaneten Venus, wo die Sonde durch den nächsten Vorbeiflug im August 2025 noch einmal deutlich ihre Geschwindigkeit erhöhen wird. Danach geht es noch zweimal zurück Richtung Erde. Im September 2026 und Januar 2029 wird JUICE durch diese beiden nahen Vorbeiflüge an unserem Heimatplanten so viel Schwung geholt haben, dass die Sonde dann im Juli 2031 Jupiter erreichen wird, dessen Bahn um die Sonne etwas mehr als 600 Millionen Kilometer von der Erdumlaufbahn entfernt ist“, schildert Christian Chlebek, JUICE-Projektleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, die komplexen Flugmanöver. Am Jupiter angekommen, soll JUICE eine Umlaufbahn um den Gasriesen einschlagen und von Juli 2031 bis November 2034 insgesamt 35 nahe Vorbeiflüge an den Eismonden absolvieren.

Danach wird es im Dezember 2034 noch einmal besonders spannend: Zum ersten Mal überhaupt wechselt eine Sonde von der Umlaufbahn eines anderen Planeten in eine Umlaufbahn um einen seiner Monde. Wenn JUICE den Mond Ganymed erreicht hat, wird der „ICy Moons Explorer“ die erste Sonde sein, die überhaupt einen anderen Mond als unseren eigenen umkreist. Im letzten Teil dieser Reise soll das DLR-Instrument GALA vor allem die Eispanzer dieses Mondes nach Hinweisen auf einen Ozean absuchen, bevor JUICE dann am Ende der Mission auf der Oberfläche von Ganymed aufschlagen wird.

Jupiter und seine Eismonde

Jupiter entstand, als sich nach der Sonne die Planeten und Monde des Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren bildeten. Die Schwerkraft zog wirbelndes Gas und Staub zu diesem riesigen Gasplaneten zusammen, dessen Durchmesser von 138.000 Kilometer mehr als zehnmal so groß ist wie jener der Erde. Jupiter nahm den größten Teil der Masse auf, die nach der Entstehung der Sonne übriggeblieben war, und verfügte am Ende über mehr als doppelt so viel Material wie alle anderen Körper unseres Sonnensystems zusammen. Tatsächlich hat Jupiter die gleichen Bestandteile wie ein Stern, aber er wurde nicht massiv genug, um ein Stern zu werden.

Unter den eisigen Oberflächen der Monde Ganymed, Callisto und Europa, die aufgrund ihres Entdeckers auch die „Galileischen Monde“ genannt werden, vermutet man Ozeane aus Wasser. Wasser ist das Element, das unsere Erde so einzigartig macht. Es gilt als Grundvoraussetzung für Leben.

Jupiter und seine Eismonde sind nicht nur ein bedeutender Teil unseres Sonnensystems, sondern können auch dabei helfen, mehr über die Umgebung anderer Sterne zu erfahren. Es wurden bereits Tausende extrasolare Planeten (Exoplaneten) entdeckt. Viele dieser fernen Welten sind Gasriesen wie Jupiter. Sie sind zu weit entfernt, um Raumsonden zu ihrer Erforschung auf die Reise zu schicken, doch durch die Untersuchung des Jupiters lassen sich Rückschlüsse darauf ziehen, wie diese Welten aussehen könnten.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Technische Universität Braunschweig 5. April 2023.

Am 13. April ist der Start der JUICE-Mission zur Erforschung des Planeten Jupiter und seiner Monde geplant. Die Technische Universität Braunschweig ist an der Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) mit einem selbstentwickelten Magnetfeld-Messgerät und einer Kamera-Datenverarbeitungseinheit beteiligt. Mit einem Rahmenprogramm im Haus der Wissenschaft begleitet die TU Braunschweig den vorletzten Start der Trägerrakete Ariane 5 vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana. Die Forschenden interessieren sich insbesondere für die Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto und Europa, um die Entwicklung habitabler Welten um den Gasriesen zu untersuchen.

2030 wird der Orbiter im Jupiter-System ankommen. Dann beginnt ein dreieinhalbjähriger Untersuchungszeitraum. Erforscht werden dann Struktur, Zusammensetzung und Dynamik der Jupiter-Atmosphäre. Es folgen Vorbeiflüge am Jupiter-Mond Europa mit den Schwerpunkten Geologie und Zusammensetzung. Ferner werden die innere Struktur, die Oberfläche und die äußerste Schicht der Atmosphäre des Mondes Kallisto genau untersucht.

Wasservorkommen unter der oberflächlichen Kruste erkunden
Die letzte Phase der Mission ist Ganymed gewidmet. Dazu tritt der Orbiter in eine stationäre Umlaufbahn um den Mond ein. In dieser letzten Phase haben Magnetfeldbeobachtungen besonders hohe Priorität, da sie wertvolle Informationen über das Innere des Mondes liefern können. Ziel ist es, Tiefe und Ausdehnung des vermuteten Ozeans zu bestimmen und die Quelle von Ganymeds eigenem Feld und dessen Wechselwirkung mit dem Jupiter-Magnetfeld zu verstehen.

Das Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik der TU Braunschweig trägt mit einem Fluxgate-Magnetometer zur Messkampagne bei. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz über das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt finanziell gefördert. Im Zusammenspiel mit zwei weiteren Magnetometern werden damit die Magnetfelder im Jupiter-System und insbesondere in der Nähe der Jupiter-Monde gemessen. Das Fluxgate-Magnetometer der TU Braunschweig ist Teil eines Magnetometerpakets (J-MAG), das auf der Raumsonde installiert wurde.

„Das J-MAG-Instrument ist dafür ausgelegt, kleinste induzierte Magnetfelder zu beobachten, die von Ozeanen unterhalb der Mond-Oberflächen herrühren. J-MAG erlaubt dadurch einen Einblick in das Innere der Jupiter-Monde. Des Weiteren ist der Jupiter-Mond Ganymed für J-MAG von besonderem Interesse. Er ist der einzige uns bekannte Mond mit eigenem Magnetfeld. Durch dieses Magnetfeld ist der Ganymed von einer eigenen, kleinen Magnetosphäre umgeben, die sich innerhalb der riesigen Jupiter-Magnetosphäre ausbildet und mit dem Jupiter-Magnetfeld dynamisch interagiert“, sagt Professor Ferdinand Plaschke vom Institut für Geophysik und Extraterrestrische Physik.

J-MAG wird von einem Konsortium europäischer Universitäten und wissenschaftlicher Institute unter der Leitung von Professor Michele Dougherty (Imperial College London) entwickelt. Die Hauptakteure sind dabei das Imperial College London, das Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik der TU Braunschweig und das Institut für Weltraumforschung in Graz.

Das J-MAG-Instrumentenpaket besteht aus einer Hauptelektronikbox, die alle elektronischen Platinen des Instruments enthält, und aus drei Messsensoren: J-MAG-OB, J-MAG-IB und J-MAG-SCA. Hierbei bezeichnet J-MAG-OB ein Außenbord-Fluxgate-Magnetometer, entwickelt vom Imperial College London, und J-MAG-IB ein Binnenbord-Fluxgate-Magnetometer, entwickelt am Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik (IGeP) der TU Braunschweig. Der dritte Sensor, J-MAG-SCA, ist ein skalares Magnetometer eines neuen Typs – ein sogenanntes Coupled-Dark-State-Magnetometer (CDSM) – entwickelt am Institut für Weltraumforschung und an der Technischen Universität in Graz. Alle Komponenten greifen ineinander, so dass ein besonders präziser Messstandard erreicht werden kann.

Optisches Kamerasystem untersucht Mondoberflächen und kartiert Jupiter-Wolken
Am Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze der TU Braunschweig wurde unter Leitung von Professor Harald Michalik die Datenverarbeitungseinheit der JANUS-Kamera gebaut. Sie wurde unter anderem in Italien und Deutschland entwickelt und hat die Aufgabe, die Oberflächen der Jupiter-Monde Ganymed, Kallisto und Europa zu charakterisieren, um damit ihre geologische Aktivität untersuchen zu können. Außerdem können damit Wolkenformationen in der hochstrukturierten Jupiter-Atmosphäre, das Jupiter-Ring-System und kleinere Jupiter-Monde beobachtet und studiert werden.

Das multispektrale Kamerasystem mit 13 Filtern in verschiedenen Wellenlängenbereichen wird eine Auflösung von bis zu 2,4 Meter auf Ganymed und etwa 10 Kilometern auf Jupiter haben. Die Datenverarbeitungseinheit steuert die Kameraelektronik und komprimiert die Bilddaten in Echtzeit, bevor die Bilder in den Datenspeicher des JUICE-Raumfahrzeuges kopiert und von dort mit geringer Datenrate zur Erde gesendet werden.

Zur Veranstaltung
Ort: Aula im Haus der Wissenschaft, Pockelsstraße 11, Braunschweig

Ablauf:

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 29. März 2023.

29. März 2023 – Selbst eine Reise von 778 Millionen Kilometern beginnt mit dem ersten Schritt. Oder – wie im Fall der ESA-Raumsonde JUICE, die diese Entfernung in den nächsten acht Jahren bis zum Jupiter zurücklegen soll – mit dem Raketenstart. Am Donnerstag, 13. April 2023, ist es soweit: JUICE, der Jupiter Icy Moons Explorer, startet vom Raumfahrtzentrum Guayana in Südamerika ins All. Mit an Bord: zwei wissenschaftliche Instrumente, die in den vergangenen Jahren am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelt, gebaut und getestet wurden. Um diesen einen gebührenden Abschied zu bereiten und beim Start mitzufiebern, lädt das Institut für 14 bis 17 Uhr zu einer öffentlichen Veranstaltung ein. Unter dem Titel „Raketenstart zum Jupiter“ erwartet die Gäste ein volles Programm rund um den Raketenstart, den Jupiter und seine faszinierenden Eismonde. Eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Der Eintritt ist kostenlos.

Wenn alles nach Plan verläuft, hebt die Ariane-5-Rakete, die JUICE ins All trägt, um 14.15 Uhr (MESZ) von der Startrampe des europäischen Raumfahrzentrums in Französisch-Guayana ab. Countdown und Start können die Besucherinnen und Besucher am MPS ab 14 Uhr im Livestream der ESA verfolgen. Während die Rakete Stufe um Stufe weiter ins All beschleunigt, geben MPS-Direktor Prof. Dr. Thorsten Kleine und JUICE-Wissenschaftler Dr. Norbert Krupp im Gespräch mit Moderator Matthias Vogel Einblicke in die Hintergründe der abenteuerlichen Mission. Dabei geht es unter anderem um die acht Jahre währende Flugroute der Raumsonde, den bisherigen Wissenstand zum Jupiter und natürlich um Europa, Ganymed und Kallisto, die drei größten Eismonde des Gasriesen. Forschende vermuten, dass sich unter ihren kilometerdicken Eiskrusten flüssige, unterirdische Ozeane verbergen. Dies ist eine der Bedingungen, die erforderlich ist, damit Leben entstehen kann.

Zu den insgesamt zehn Messinstrumenten der Raumsonde, die diese Vermutung erhärten und die Monde umfassend erforschen sollen, gehören das Submillimetre Wave Instrument (SWI) und das Particle Environment Package (PEP). SWI wurde unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut; zu PEP haben die wissenschaftlich-technischen Teams am MPS einen von sechs Sensoren beigetragen. Die Zuhörerinnen und Zuhörer erfahren, wie in den Laboren und Reinräumen des MPS solche weltraumtauglichen Instrumente gebaut werden und auf welche Messergebnisse die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hoffen. Zudem ist eine Live-Schaltung zum Leiter des SWI-Teams Dr. Paul Hartogh geplant, der den Raketenstart im Raumfahrzentrum in Französisch-Guayana verfolgt. Gegen 15.45 Uhr erwarten die dort Anwesenden das Signal von JUICE, das die insgesamt 85 Quadratmeter großen Solarpaneele erfolgreich entfaltet wurden und die Sonde ihre lange Reise zum Jupiter beginnt.

Auch neben und nach dem Bühnenprogramm, das gegen 16 Uhr endet, gibt es am MPS einiges zu entdecken. Besucherinnen und Besucher können Modelle der Göttinger Weltrauminstrumente SWI und PEP begutachten und in rotierenden Flüssigkeiten farbenfrohe Wirbel entstehen lassen. Das Mitmach-Experiment hilft zu verstehen, wie der riesige Wirbelsturm, der seit mindestens zweihundert Jahren auf dem Jupiter tobt, zustande kommt. Für die jüngsten Gäste gibt es die Gelegenheit zu malen, Sternenräder zur Orientierung am Nachthimmel zu basteln und ihren Lieblingsmond zu gestalten. An der JUICE-Bar bieten Mitarbeitende des MPS alkoholfreie Saftkreationen wie den „Europa’s Ocean“ und den „Jovian Mojito“ an. Und natürlich sind auch „irdischere“ Speisen und Getränke vorgesehen.

Wichtiger Hinweis: Es ist möglich, dass der Raketenstart auf Grund widriger Wetterbedingungen am Startplatz kurzfristig verschoben oder sogar für den 13. April abgesagt wird. Das Event „Raketenstart zum Jupiter“ findet in jedem Fall statt.

Das Programm im Überblick
14 bis 16 Uhr:
Bühnenprogramm mit Public Viewing des ESA-Livestreams vom Start, Gesprächsrunde und Live-Schaltung zum Weltraumzentrum Guayana

14 -17 Uhr:
Kinderprogramm, Weltrauminstrumente aus Göttingen, Speisen und Getränke

Der Raketenstart findet voraussichtlich um 14.15 Uhr statt.

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF 5. April 2023.

Jena / Oberkochen / Stuttgart / Kourou (Französisch-Guayana) / 5. April 2023 – Mit ihrer Mission JUICE startet die ESA am 13. April zur Erkundung des Jupiters und seiner Monde. Mit an Bord der Raumsonde ist das Messinstrument GALA. Mit Hilfe von Laserpulsen soll es die Oberfläche des erdähnlichen Mondes Ganymed vermessen. Entwickelt wurde das Instrument von Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena gemeinsam mit der Firma HENSOLDT Optronics. GALA wird das erste »Deep-Space-Laseraltimeter« sein, das in circa einer Milliarde Kilometern Entfernung von der Erde zum Einsatz kommt.

Er ist der größte Planet unseres Sonnensystems und trägt daher passend den Namen des griechischen Göttervaters: der Jupiter. Umkreist wird er von nicht weniger als 92 Monden, wobei immer wieder neue Trabanten von Forschenden entdeckt werden. Speziell der mit Eis bedeckte Mond Ganymed ist im Blick der Wissenschaftler/-innen, da er eine besondere Ähnlichkeit zur Erde aufweist.

Um Ganymed, aber auch die Monde Kallisto und Europa sowie den Jupiter selbst, genauer zu erforschen, startet die Europäische Weltraumbehörde (ESA) voraussichtlich am 13. April eine Raumsonde in Richtung des Riesenplaneten, den »Jupiter Icy Moons Explorer« – kurz: JUICE. Um dort seinem Forschungsauftrag gerecht zu werden, befinden sich insgesamt zehn wissenschaftliche Instrumente an Bord der Raumsonde. Eines davon ist das »Ganymed Laser Altimeter«, auch GALA genannt, das von Forschenden aus Jena mitentwickelt wurde. Das Instrument soll die geografische Beschaffenheit des Jupitermondes vermessen.

Erfoschung des Jupitermondes Ganymed mittels Laser Altimetrie
»Im Rahmen der JUICE-Mission kommt erstmals ein Laseraltimeter als hochgenaue Metalloptik zur Erforschung des Jupiter-Eismondes Ganymed zum Einsatz«, erklärt Dr. Stefan Risse, Leiter der Abteilung Präzisionsoptische Komponenten und Systeme am Fraunhofer IOF. »Mit einem Laseraltimeter können Entfernungen auch über sehr weite Distanzen sehr präzise gemessen werden«, führt er weiter aus. »Wir hoffen damit neue, grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Topografie des Jupitermondes Ganymed und zur Frage der Entstehung gewinnen zu können«, so der Forscher.

Um diese aufschlussreichen Informationen zu sammeln, sendet GALA von einer Umlaufbahn um Ganymed – also aus circa 500 Kilometern Entfernung – Laserpulse auf den Mond und empfängt das reflektierte Licht. Aus der Laufzeit des Pulses lässt sich der Abstand zur Mondoberfläche bestimmen und daraus die Topografie errechnen. Dazu wird eine hochpräzise Laser-Empfangs-Einheit benötigt. Diese wurde vom Fraunhofer IOF in Jena gemeinsam mit der Firma HENSOLDT Optronics GmbH aus Oberkochen realisiert. Das Fraunhofer IOF entwickelte dafür ein spezielles Spiegelteleskop, das die von der Mondoberfläche zurückgeworfenen Laserpulse auffängt. Auf diese Weise kann GALA die Topographie des Jupitermondes mit einer Auflösung von weniger als 10 Zentimetern vermessen.

Eine besonders wichtige Frage, auf die GALA zukünftig eine Antwort geben könnte, ist dabei, ob es Wasservorkommen auf Ganymed gibt: »Die Messung mit GALA findet an unterschiedlichen Orbit-Positionen des Mondes Ganymed im Bezug zum Jupiter statt«, erläutert in diesem Zusammenhang Dr. Henrik von Lukowicz, Leiter der Arbeitsgruppe Präzisionssysteme am Fraunhofer IOF. »Würde sich Wasser unterhalb der Oberfläche befinden, würden die Gezeitenkräfte in Folge der Bewegung des Mondes zu einer Deformation der Oberfläche führen. Das bedeutet: GALA könnte unter Umständen sogar die Existenz von Wasser nachweisen.«

GALA ist das erste Deep-Space-Laseraltimeter
Das Laseraltimeter GALA wird weltweit das erste Deep-Space-Laseraltimeter sein, das in circa einer Milliarde Kilometer Entfernung von der Erde zum Einsatz kommt. Die Mission wird mehr als zehn Jahre dauern: acht Jahre braucht die Sonde JUICE zunächst, um in einer Umlaufbahn um den Jupiter anzukommen. Die anschließenden drei Jahren sind für die Erforschung der Jupitermonde Europa, Kallisto und Ganymed sowie des Jupiters vorgesehen.

»Auf dem Weg zum Jupiter muss das von uns entwickelte optische Teleskop im Ultrahoch-Vakuum mit extremen Umweltbedingungen zurechtkommen, die durch enorme Beschleunigung beim Raketenstart, hohe Temperaturwechsel und sehr starker kosmischer Strahlung gekennzeichnet sind«, erläutert Dr. von Lukowicz die besonderen Anforderungen an die optischen Bauteile im Weltall. »Durch die exzellenten opto-mechanischen Eigenschaften wird es möglich sein, auch unter diesen anspruchsvollen Bedingungen die Eismonde des Jupiters zu erforschen.«

Die JUICE-Mission soll voraussichtlich am 13. April, spätestens aber am 15. April 2023 vom ESA-Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana starten. Trägerrakete für den Start wird die Ariane 5 sein.

Ausgezeichnete Kooperation zwischen Forschung und Industrie
Das gesamte GALA-System wurde unter Leitung des DLR-Instituts für Planetenforschung entwickelt und gebaut. Neben HENSOLDT Optronics GmbH aus Oberkochen in Baden-Württemberg und dem Fraunhofer IOF aus Thüringen sind weitere Partner aus Deutschland, aber auch Japan, der Schweiz und Spanien beteiligt.

Für die wissenschaftliche und unternehmerische Partnerschaft speziell zwischen der Firma HENSOLDT und dem Fraunhofer IOF wurden die beteiligten Teammitglieder im November 2021 mit dem Lothar Späth Award ausgezeichnet. Die Lothar-Späth-Stiftung verleiht die Auszeichnung an kooperativ entstandene, herausragende Innovationen bei Produkten, Verfahren und Dienstleistungen in Baden-Württemberg und Thüringen.

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Quelle: Universität Bern 27. März 2023.

27. März 2023 – Am Donnerstag, 13. April 2023 um 14:15 Uhr soll die Weltraumsonde Juice (Jupiter ICy moons Explorer) der europäischen Weltraumorganisation ESA an Bord einer ARIANE 5 Rakete ihre Reise vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, zum Jupiter antreten. Nach einer rund achtjährigen Reise wird Juice beim Jupiter ankommen und dort den größten Planeten unseres Sonnensystems und drei seiner über 80 Monde erforschen. Dabei handelt es sich um die Eismonde Ganymed, Kallisto und Europa – eisige, dunkle Welten: Die Durchschnittstemperatur auf deren Oberfläche liegt bei unter minus 140 Grad Celsius.

Die Juice-Mission will fundamentale Fragen zur Entstehung des Jupiters und seinen Monden klären – und es geht auch um die Suche nach Anzeichen für Leben. An Bord von Juice befinden sich zehn wissenschaftliche Instrumente. Die Universität Bern trägt das Massenspektrometer NIM (welches Teil des Particle Environment Package PEP ist) zur Mission bei und ist an zwei weiteren Instrumenten beteiligt: Dem Submillimeter Wave Instrument SWI und dem Laser Altimeter GALA.

Gefragte Berner Expertise
Der Instrumentenbau für Weltraummissionen hat eine lange Tradition an der Universität Bern. So verfügt man in Bern beispielsweise über ausgewiesene Expertise auf dem Gebiet der Massenspektronomie. Für die Juice-Mission wurde das Neutral and Ion Mass Spectrometer (NIM) unter der Leitung von Prof. Peter Wurz, Direktor des Physikalischen Instituts der Universität Bern, in Bern entwickelt und gebaut. Es ist Teil des ‘Particle Environment Package’ (PEP), welches aus sechs unterschiedlichen Spektrometern besteht. Das Massenspektrometer NIM wird die chemische und isotopische Zusammensetzung und Verteilung der Teilchen in den Atmosphären von Jupiters Eismonden sowie die physikalischen Parameter dieser Atmosphären untersuchen. Wurz sagt: «Die Erkenntnisse, wie der Jupiter und seine Monde entstanden sind und wie sie sich entwickelt haben, sind ein wichtiger Beitrag zum Verständnis der Entstehung des Sonnensystems im Allgemeinen.»

Das Institut für Angewandte Physik (IAP) der Universität Bern hat unter der Leitung von Axel Murk die Optik und die Kalibrationseinheit für das Submillimeter Wave Instrument (SWI) entwickelt. Im Herbst 2020 wurde die Optik für das SWI am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung integriert und getestet. Murk, der die Abteilung für Mikrowellen Physik am IAP leitet, erklärt: «Das Instrument wird die thermische Strahlung von Jupiters Stratosphäre in Submillimeterwellenlängen messen, um die Temperaturverteilung, die Zusammensetzung und die Winde in der Atmosphäre von Jupiter zu ermitteln. Zusätzlich werden mit dem SWI die Atmosphären sowie die Oberflächeneigenschaften der Monde untersucht.» Das IAP entwickelt bereits seit vielen Jahren Mikrowellenradiometer für die Fernerkundung der Erdatmosphäre. Wie Murk betont, konnte dank der langjährigen Erfahrung des IAP im optischen Design und in der Kalibration ein wichtiger Beitrag für das SWI geleistet werden.

Ebenfalls an Bord von Juice wird das GAnymede Laser Altimeter GALA sein, für welches am Physikalischen Institut unter der Leitung von Nicolas Thomas das sogenannte ‘Range Finder Module’ – ein Entfernungsmesser – entwickelt wurde. «Das GALA-Projekt steht unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR. Wir stellen die Entfernungsmesser-Elektronik zur Verfügung, die von der Firma Thales-Alenia Space Switzerland in Zürich speziell gebaut wurde», erklärt Thomas, Professor für Astrophysik an der Universität Bern und Direktor des Nationalen Forschungsschwerpunkts NFS PlanetS. Er ist einer der international führenden Experten auf dem Gebiet der Fernerkundungsinstrumente für Weltraummissionen. So wurde unter seiner Leitung beispielsweise die Kamera CaSSIS gebaut, die seit 2018 hochaufgelöste, spektakuläre Bilder der Marsoberfläche liefert.

«Dass nun Instrumente mit Berner Beteiligung zum Jupiter fliegen, macht uns stolz und ist ein Beleg für die grosse Expertise der Universität Bern! Und wir freuen uns auf den Moment, in dem die ersten Daten der Instrumente empfangen werden», so Wurz.

Die Suche nach Leben
Daten früherer Weltraummissionen und Modellrechnungen legen nahe, dass sich tief unter der äußeren Eisschicht von Ganymed und Europa unterirdische Ozeane befinden. Nach heutigem Kenntnisstand besitzen die Ozeane sämtliche Eigenschaften, die es braucht, damit Leben entstehen und längerfristig existieren kann.

«Angesichts der Anstrengungen, die in die Suche nach Leben gesteckt werden, sowohl mit der Fernerkundung von Exoplaneten als auch mit der Untersuchung von vielversprechenden Objekten in unserem Sonnensystem, würde ich erwarten, dass innerhalb der nächsten 20 Jahre Anzeichen von Leben gefunden werden», so Wurz. «Die Frage, ob es da draußen überhaupt Leben gibt, könnte zu der Frage werden, welche Lebensformen es da draußen gibt: einfaches Leben, entwickeltes Leben oder sogar intelligentes Leben, und wie zahlreich es ist.»

Die Juice Mission
Der Jupiter Icy Moons Explorer der ESA, Juice, wird den riesigen Gasplaneten und seine drei großen ozeanhaltigen Monde – Callisto, Europa und insbesondere Ganymed – mit einer Reihe von zehn einzigartigen wissenschaftlichen Instrumenten, einem Radiointerferometrie-Experiment und einem Strahlungsmonitor eingehend beobachten.

Die Mission wird diese Monde sowohl als planetarische Objekte als auch als mögliche Lebensräume analysieren. Ferner wird die komplexe Umgebung des Jupiters eingehend erforscht und das Jupitersystem im weiteren Sinne als Musterbeispiel für Gasriesen im gesamten Universum untersucht.

Juice wird eine Reihe von Premieren im Sonnensystem erleben. Sie wird die erste Raumsonde sein, die jemals einen anderen Mond als unseren eigenen umkreist – nämlich den größten Mond des Jupiters, Ganymed. Und auf dem Weg zum Jupiter wird sie die erste Schwerkraftumlenkung von Mond und Erde ausführen, um Treibstoff zu sparen.

Juice wird die letzte mit einer Ariane 5 vom ESA-Weltraumbahnhof in Kourou gestartete ESA-Mission sein, bevor die Ariane 6 die Nachfolge antritt.

Mehr Informationen zur Mission auf der ESA Webseite
Medienkit der ESA in Deutsch

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Quelle: DESY 21. Februar 2023.

21. Februar 2023 – Ein internationales Forschungsteam hat im Labor die Bedingungen auf eisigen Monden unseres Sonnensystems nachgestellt und dabei zwei neue Formen von salzigem Eis entdeckt. Die Beobachtung, die auf Messungen an der Europäischen Synchrotronstrahlungsquelle ESRF und bei DESY zurückgeht, könnte bei der künftigen Erforschung von Eismonden wie Ganymed am Jupiter helfen, die für die Suche nach außerirdischem Leben interessant sind. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Baptiste Journaux von der Universität von Washington stellen ihre Entdeckung im Fachblatt „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) vor.

Könnte es Leben jenseits der Erde geben? Bieten manche Monde in unserem Sonnensystem lebensfreundliche Bedingungen? Und welche chemischen Prozesse laufen in diesen Eismonden ab? Die eisigen Begleiter von Planeten im äußeren Sonnensystem sind für die Forschung von besonderem Interesse, weil einige von ihnen unterirdische Ozeane besitzen, die unter einer gefrorenen Eisschicht verborgen sind. Das haben unter anderem die Raumsonden „Galileo“ und „Cassini-Huygens“ bestätigt, die unser Wissen über Eismonde erheblich erweitert haben.

Man nimmt an, dass Eismonde wie Europa und Ganymed vom Jupiter oder Enceladus und Titan vom Saturn entstanden sind, indem sie Gas und Eispartikel ihrer Heimatplaneten aufgesammelt haben. „Es sind abgesehen von der Erde die einzigen planetaren Körper, auf denen flüssiges Wasser über geologische Zeiträume hinweg stabil ist, was für die Entstehung und Entwicklung von Leben entscheidend ist“, erklärt Journaux. „Sie sind meiner Meinung nach der aussichtsreichsten Orte in unserem Sonnensystem, um außerirdisches Leben zu entdecken. Deshalb müssen wir ihre exotischen Ozeane und ihr Inneres untersuchen, um ihre Entstehung und Entwicklung besser zu verstehen und wie ihr Wasser so weit von der Sonne entfernt in den kalten Bezirken unseres Sonnensystems flüssig bleibt.“

Natürliches Frostschutzmittel
Vermutlich enthalten diese Ozeane Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl), das als natürliches Frostschutzmittel den Gefrierpunkt des Wassers herabsetzt und es ihm so ermöglicht, auch bei frostigen Temperaturen noch flüssig zu bleiben, bei denen reines Wasser bereits gefrieren würde. Allerdings konnten die Planetenforscherinnen und -forscher das Kochsalz bisher selbst mit den ausgefeilten Methoden der Infrarot-Oberflächenspektroskopie der Raumsonden nicht eindeutig an der Oberfläche der Monde identifizieren. Keine der bekannten Verbindungen passt zu den Infrarotspektren der eisigen Mondoberflächen.

„Salz und Wasser sind unter den normalen Bedingungen sehr gut bekannt“, erläutert Journaux die möglichen Ursachen. „Aber darüber hinaus tappen wir völlig im Dunkeln. Jetzt beschäftigen wir uns mit diesen planetaren Objekten, die wahrscheinlich Verbindungen enthalten, die uns sehr vertraut sind, aber unter sehr exotischen Bedingungen. Wir mussten im Prinzip die gesamte mineralogische Grundlagenforschung aus dem 19. und frühen 20. Jahrhundert wiederholen, allerdings unter hohem Druck und niedriger Temperatur.“

Unter diesen Bedingungen kristallisiert das Wasser mit den darin gelösten Salzen und bildet sogenannte Hydrate. An der ESRF und bei DESY untersuchte das Team diese Kristalle mit Hilfe der Röntgenbeugung. Damit lässt sich die innere Struktur kristallisierter Materialien untersuchen, indem man sie mit Röntgenstrahlung beleuchtet und beobachtet, wie diese von der Probe gebeugt wird.

„Wir wollten verstehen, welche Verbindungen sich unter dem hohen Druck und den niedrigen Temperaturen auf den Eismonden bilden“, berichtet DESY-Koautorin Anna Pakhomova, die heute als Wissenschaftlerin an der ESRF arbeitet. „In unseren Experimenten haben wir die Einkristall-Röntgenbeugung eingesetzt, um zu verstehen, wie die neuen Hydrate auf atomarer Ebene organisiert sind. Das ist eine hervorragend geeignete Technik, um eindeutige Informationen über die Kristallstruktur eines Festkörpers zu erhalten.“

An der Extreme Conditions Beamline P02.2 von DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III stellten die Forscherinnen und Forscher die Bedingungen auf den Eismonden nach, indem sie die Proben aus Wasser und Kochsalz in einer sogenannten Diamantstempelzelle zwischen zwei winzigen Diamanten zusammenpressten und dabei in einem Kryostaten gekühlt hielten, einer Art wissenschaftlichem Tiefkühlschrank. So setzten sie die Proben dem bis zum 25.000-fachen des Atmosphärendrucks aus. Unter diesen Bedingungen kristallisierten die Proben und bildeten dabei bisher unbekannten Formen von Salzhydraten.

Stabil auf Mondoberflächen
Bislang kannte die Wissenschaft nur ein einziges Kochsalz-Hydrat, eine Verbindung, bei der nur wenige Wassermoleküle im Kristallgitter eingeschlossen sind. Es handelt sich um eine einfache Struktur mit einem Salzmolekül für je zwei Wassermoleküle. Die neuen Experimente enthüllten zwei neue, unterschiedliche Formen bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen, die beide einen viel größeren Wasseranteil in ihrer Struktur besitzen. In der einen kommen zwei Natriumchloridmoleküle auf 17 Wassermoleküle, in der anderen ein Natriumchloridmolekül auf 13 Wassermoleküle. Diese Beobachtung kann erklären, warum die Infrarot-Signaturen auf der Oberfläche der Jupitermonde „wässriger“ sind als erwartet.

„Diese neuen Phasen sind faszinierend, weil sie eine unerwartete Vielfalt von Wasser/Salz-Kristallstrukturen bei hohem Druck und niedriger Temperatur zeigen, die auch für andere Verbindungen noch erforscht werden sollte“, sagt Journaux.

Das Team konnte auch zeigen, dass eines der neuen Salzhydrate, NaCl-8.5(H₂O), unter den Oberflächenbedingungen eisiger Monde stabil ist und die häufigste Salzhydratart auf eisigen Welten sein dürfte. „Es besitzt die Struktur, auf die Planetenforscher gewartet haben, um die mysteriösen Spektren eisiger Oberflächen zu erklären“, betont Journaux. „Damit können wir die am besten geeigneten Orte auf der Oberfläche der Monde finden, um sie auf außerirdisches Leben zu untersuchen und um dort einmal zu landen und zu graben.“

Als nächstes planen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, andere Salzarten zu untersuchen, die für eisige Ozeanwelten relevant sind, und ihre spektralen Eigenschaften zu bestimmen, damit sie von kommenden Raumsonden wie dem „JUpiter ICy moon Explorer“ (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation ESA und dem „Europa Clipper“ der US-Raumfahrtbehörde NASA entdeckt werden können, die beide Anfang der 2030er Jahre in eine Jupiterumlaufbahn einschwenken sollen.

An der Untersuchung waren Forscherinnen und Forscher der Universität von Washington, des Instituts für Geochemie und Petrologie in der Schweiz, der Universität Bayreuth, des Jet Propulsion Laboratory der NASA, der Universität von Chicago sowie von der ESRF und von DESY beteiligt.

Originalveröffentlichung:
On the discovery of hyper-hydrated sodium chloride hydrates, stable at icy moon conditions; Baptiste Journaux, Anna Pakhomova, Ines E. Collings, Sylvain Petitgirard, Tiziana Boffa Balaran, J. Michael Brown, Steve D. Vance, Stella Chariton, Vitali .B. Prakapenka, Dongyang Huang, Jason Ott, Konstantin. Glazyrin, Gaston Garbarino, Davide. Comboni, Michael. Hanfland; „PNAS“, 2023; DOI: 10.1073/pnas.2217125120, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217125120.

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• Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 20. Januar 2023.

20. Januar 2023 – Etwa drei Monate vor Beginn ihrer acht Jahre währenden Tour ins Jupitersystem steht der ESA-Raumsonde Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) in den nächsten Wochen zunächst eine kürzere – und deutlich irdischere – Reise bevor. Anfang Februar bricht die Sonde von Toulouse (Frankreich) zu ihrem südamerikanischen Startplatz in Kourou (Französisch-Guayana) auf. Schon heute wurde JUICE offiziell in den Räumlichkeiten von Airbus in Toulouse verabschiedet – und mit ihr das Submillimeter Wave Instrument (SWI), das unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelt und gebaut wurde, sowie das Particle Environment Package (PEP), zu dem das MPS beigetragen hat. Im Jupitersystem angekommen, werden beide Instrumente helfen, den Gasriesen und seine großen, möglicherweise lebensfreundlichen Monde genauer als je zuvor zu erkunden. Aktuell bereiten sich die wissenschaftlich-technischen Teams am MPS auf die Inbetriebnahme der Instrumente in den Wochen und Monaten nach dem Start vor.

Noch drei Wochen, bis JUICE zum Startplatz reist; noch etwa drei Monate, bis JUICE ins All startet; noch acht Jahre, bis JUICE ihr Ziel, das Jupitersystem, erreicht…. Was sich nach viel, viel Wartezeit für die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anhört, ist in Wirklichkeit ein Countdown. Zwar haben die Instrumente und Sensoren, die das MPS zur JUICE-Mission beisteuert, ihren Göttinger Entstehungsort bereits 2021 und 2020 verlassen und längst ihren Platz an Bord der Sonde eingenommen. Doch von abwartender Ruhe ist am MPS keine Spur.

„Wir bereiten uns schon jetzt auf die ersten Messungen im All vor, testen Software und simulieren verschiedene Betriebsmodi“, erklärt Dr. Paul Hartogh vom MPS, wissenschaftlicher Leiter des SWI-Teams. Dabei kommen auch die Flugersatzeinheiten, die baugleichen Zwillinge der Instrumente, die als Referenz am Boden verbleiben, zum Einsatz. Schließlich werden die Weltrauminstrumente nicht erst 2031 bei ihrer Ankunft im Jupitersystem angeschaltet. „Der erste Meilenstein ist die Inbetriebnahme der Instrumente in den Wochen und Monaten nach dem Start“, so MPS-Wissenschaftler Dr. Norbert Krupp vom PEP-Team. Einige Monate wird es dauern, bis nach und nach jedes der insgesamt zehn JUICE-Instrumente zeigen darf, dass es auch unter Weltraumbedingungen reibungslos funktioniert.

Ein zehnfacher Blick auf Jupiters Eismonde
JUICE ist zwar nicht die erste Mission, die Jupiter und einige seiner Monde aus der Nähe erforscht; mit insgesamt zehn Instrumenten trägt die Sonde aber die umfassendste Instrumentierung an Bord, die je im äußeren Sonnensystem zum Einsatz kam. Ein weiterer Unterschied zu Vorgängermissionen wie Juno und Galileo: JUICE richtet ihr Hauptaugenmerk auf die großen, eisbedeckten Monde Europa, Ganymed und Kallisto. SWI etwa wird unter anderem die Atmosphären des Jupiters und der Eismonde untersuchen und einen genauen Blick auf die thermophysikalischen Eigenschaften ihrer Eiskrusten werfen. Dafür untersucht das Spektrometer die Wärmestrahlung, die diese Körper ins All abgeben. Das Instrumentenpaket PEP, für das die wissenschaftlich-technischen Teams am MPS den Jovian Electron and Ion Sensor (PEP-JEI) entwickelt und gebaut haben, misst die energetischen geladenen Teilchen in der Umgebung des Gasriesen und seiner Monde. Dies erlaubt unter anderem Rückschlüsse auf die Entstehung des Jupitersystems.

Eine der spannendsten Fragen, welche die Forscherinnen und Forscher dabei umtreibt, ist die nach der Lebensfreundlichkeit der Monde Europa, Ganymed und Kallisto. Beherbergen sie tatsächlich, wie Messungen früherer Missionen vermuten lassen, verborgen unter ihren dicken Eiskrusten flüssige Ozeane? Die starken Gezeitenkräfte des Jupiters, die das Innere der Monde geradezu durchwalken, könnten die notwendige Wärme dafür bieten. Vom Jupitermond Europa ist bekannt, dass durch Ritzen und Gräben in der Eiskruste Fontänen aus Wasser ins All entweichen.

Ganymed bietet noch weitere Qualitäten. Mit einem Durchmesser von mehr als 5260 Kilometern ist er nicht nur der größte Mond im Sonnensystem, sondern stellt sogar den innersten Planeten Merkur in den Schatten. Er ist der einzige bekannte Trabant, der ein eigenes Magnetfeld erzeugt, und Messungen des Weltraumteleskops Hubble deuten sogar auf eine sehr dünne Atmosphäre aus Sauerstoff und Wasserstoff hin. Nach mehreren Vorbeiflügen an Europa, Ganymed und Kallisto soll JUICE gegen Ende der Mission deshalb in eine Umlaufbahn um den Riesenmond einschwenken.

„Ganymed, Europa und Kallisto muten fast schon wie eigenständige Planeten an und bieten wahrscheinlich einige Voraussetzungen, die für das Entstehen von Leben notwendig sind“, so MPS-Direktor Prof. Dr. Thorsten Kleine, Leiter der Abteilung für Planetenwissenschaften.

Von Europa nach Südamerika – und von dort ins All
Bis JUICE den Ganymed umrundet, vergehen allerdings noch viele Jahre. Zunächst steht der Umzug von Airbus in Toulouse (Frankreich), wo JUICE in den vergangenen Monaten die letzten Tests durchlaufen hat, zum Startplatz an: Anfang Februar begibt sich die Raumsonde per Flugzeug auf ihre transatlantische Reise zum Guiana Space Center der ESA in Französisch-Guayana. Der Start ist für April vorgesehen.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: DLR 20. Januar 2023.

20. Januar 2023 – „Trois, deux, un – et décollage!“ So werden im April die letzten drei Sekunden des Countdowns aus dem Kontrollzentrum in Kourou in Französisch-Guyana heruntergezählt. Dann wird eine der letzten Ariane-5-Trägerraketen vom Europäischen Weltraumbahnhof abheben. Ziel der bisher größten Planetenmission der Europäischen Weltraumorganisation ESA ist der Jupiter mit seinen großen Eismonden Ganymed, Callisto und Europa. JUICE wird sie ab dem Jahr 2031 aus der Nähe untersuchen. Unter der Eiskruste der Monde befinden sich wahrscheinlich Ozeane, in denen sogar Leben existieren könnte.

Am Bau von zwei der zehn wissenschaftlichen Instrumente war das Institut für Planetenforschung im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) maßgeblich beteiligt. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR steuert im Auftrag der Bundesregierung die deutschen ESA-Beiträge zu JUICE und wird sieben Instrumentbeistellungen bis zum Ende der Mission mit etwa 100 Millionen Euro fördern.

Per Flugzeug nach Südamerika
Zunächst muss JUICE (JUpiter ICy Moons Explorer) von Europa nach Südamerika transportiert werden. Zurzeit befindet sich die noch nicht betankte, leer 2.450 Kilogramm schwere Raumsonde beim industriellen Hauptauftragnehmer Airbus Defence and Space im südfranzösischen Toulouse, wo diese am 20. Januar 2023 den Medien vorgestellt wurde, ehe sie für den Transport nach Kourou verpackt wird.

Der Transport über den Atlantik wird Anfang Februar per Frachtflugzeug erfolgen. In Kourou wird die Sonde dann auf die Ariane-5-ECA-Trägerrakete platziert und mit einer Schutzverkleidung – dem sogenannten Fairing – umhüllt. Betankt wiegt die JUICE-Sonde dann fünf Tonnen. Das Startfenster für die achtjährige Reise zum Jupiter öffnet sich im April.

JUICE ist die erste Mission der L-Klasse im Cosmic-Vision-Programm der ESA, dabei steht das „L“ für „Large“. Mit diesem Programm soll herausgefunden werden, wie das Sonnensystem „funktioniert“, wie die Planeten entstanden sind und unter welchen Voraussetzungen Leben entstehen kann, das wir bis heute nur auf der Erde kennen. Ein großes Projekt ist JUICE mit seiner umfangreichen wissenschaftlichen Nutzlast, und groß ist das Ziel Jupiter schon aufgrund der Tatsache, dass der größte Planet des Sonnensystems fünfmal so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde, mit 140.000 Kilometern einen zehnmal so großen Durchmesser und 318-mal so viel Masse wie unser Heimatplanet hat und von insgesamt 79 Monden umkreist wird. Von diesen sind die vier größten – Ganymed, Callisto, Io und Europa – von enormem wissenschaftlichem Interesse. Sie werden nach ihrem Entdecker Galileo Galilei (1564-1641) auch die „Galileischen Monde“ genannt.

Drei Eiswelten und eine vulkanische Hitzehölle
Io, der innerste der Vier, wird von den Gezeitenkräften des Planeten so stark durchgewalkt, dass im Gesteinsmantel bei Temperaturen von weit über tausend Grad Celsius permanent Magma entsteht und das geschmolzene Gestein von großen Vulkanen an die Oberfläche befördert wird. Der schwefelgelbe Io ist der vulkanisch aktivste Körper im Sonnensystem. Von innen nach außen folgen die drei Trabanten Europa, Ganymed und Callisto. Ganymed ist mit einem Durchmesser von 5.262 Kilometern der größte Mond im Sonnensystem; Europa und Io sind mit unter 4.000 Kilometer Durchmesser etwa so groß wie der Erdmond, Callisto ist mit 4.821 Kilometer Durchmesser der drittgrößte Mond in unserem Planetensystem.

Europa benötigt für einen Umlauf um Jupiter doppelt so lange wie Io, Ganymed viermal so lange. Das bedeutet, dass diese drei Monde immer wieder wie an einer Perlenschnur aufgereiht in einer Linie stehen. Dadurch entstehen Resonanzeffekte, die im Zusammenspiel mit der gewaltigen Gravitation und den von Jupiter ausgehenden Gezeitenkräften Wärme auch im Inneren von Europa und Ganymed entstehen lassen. Das bewirkt, dass unter den bis zu minus 160 Grad kalten Eiskrusten dieser Monde genug Wärme vorhanden ist, um Wasser in mehr als 700 Millionen Kilometer Entfernung zur Sonne am Gefrieren zu hindern und tiefe Wasserschichten zu erhalten, sogenannte subkrustale Ozeane.

Ozeane (und Leben?) unter kilometerdicken Eiskrusten
Bei Europa könnte es sein, dass der Ozean unter dem nur wenigen Kilometer dicken Eispanzer sogar über 100 Kilometer tief ist. Das würde bedeuten, dass unter der Oberfläche von Europa mehr Wasser vorhanden ist als in allen Ozeanen der Erde zusammen. Auch im Inneren Callistos könnte sich ein Ozean befinden, wie bei Ganymed haben Magnetfeldmessungen hier deutliche Hinweise geliefert. Ganymed wie Callisto könnten gleich mehrere Wasserschichten haben, allerdings dann in größerer Tiefe.

Wasser ist eine Grundvoraussetzung für die Entstehung und Entwicklung von Leben. Es ist daher denkbar, dass, verborgen vor den Blicken von Weltraumkameras, in den subkrustalen Ozeanen der Jupiter-Eismonde Leben entstanden ist. JUICE wird dies zwar nicht herausfinden, aber detaillierter als die NASA-Vorläufermissionen Voyager (zwei Vorbeiflüge 1979) und Galileo (Orbiter, 1995-2003) die Eismonde charakterisieren können, ferner, ob es die Ozeane wirklich gibt, wie tief sie gelegen sind, wie viel Wasser sie beinhalten und welche mineralischen Stoffe im Wasser gelöst sein könnten.

Kamera JANUS kartiert Ganymed und Europa
Eines der JUICE-Instrumente, mit denen diese und weitere Fragen beantwortet werden sollen, ist das Kamerasystem JANUS. Hauptaufgabe von JANUS ist die fotografische Erfassung und Kartierung der Landschaften auf Ganymed und Europa. Auch sollen die auf den Oberflächen sichtbaren Auswirkungen der Gezeiteneffekte, die für die subkrustalen Ozeane verantwortlich sind – tektonische Phänomene wie Spalten und Bergrücken oder spektrale Veränderungen durch unterschiedliche Minerale infolge von Kryo-(Eis-)Vulkanismus – erfasst und interpretiert werden.

Dazu verfügt das Kamerasystem neben einer hohen räumlichen Auflösung über 13 Spektralkanäle im sichtbaren Licht und nahen Infrarot. Aus der Ferne werden auch Io sowie zahlreiche der kleinen Monde beobachtet werden. JANUS wurde in Italien, Deutschland, Spanien und Großbritannien entwickelt, Teile der Hardware im DLR-Institut für Planetenforschung gebaut.

Mit Lasern den Ozeanen auf der Spur
GALA, das Ganymed Laser-Altimeter, wird die Gezeitendeformation der Eiskruste Ganymeds messen, um Beweise für die Existenz des globalen inneren Ozeans zu erbringen. Außerdem entsteht aus einer Zahl von mehreren Millionen Laufzeitmessungen eine umfangreiche Karte der regionalen und lokalen Topographie des Mondes, die zu einem globalen Höhenmodell Ganymeds zusammengesetzt werden. Damit lassen sich Prozesse verstehen, die die einzigartige Oberfläche dieses Eismondes formten. Zusätzlich wird aus Messungen zu unterschiedlichen Zeiten während des siebentägigen Umlaufs Ganymeds um Jupiter die Gezeitendeformation der Gestalt des Trabanten bestimmt. Aus der Stärke der Deformation an den unterschiedlichen Bahnpunkten können die Existenz des inneren Ozeans nachgewiesen und die mechanischen Eigenschaften der darüber liegenden Eisschicht bestimmt werden.

Das Experiment wird auch Messungen an Europa und Callisto aufzeichnen. Erhofft man sich bei Europa Hinweise zu Wasser dicht unter der Oberfläche, dürfte es bei Callisto in tieferen Schichten anzutreffen sein. GALA wurde in Verantwortung des DLR entwickelt und in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner HENSOLDT Optronics GmbH (Oberkochen) sowie Forschungseinrichtungen aus Deutschland, Japan, der Schweiz und Spanien gebaut. Es ist das erste Mal, dass ein solches Instrument im äußeren Sonnensystem zur Anwendung kommt.

Wettervorhersage für Jupiter und seine Monde
Ein weiteres Instrument aus Deutschland an Bord von JUICE ist das Submillimetre Wave Instrument (SWI), das in der Hauptverantwortung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen liegt. Es wird die mittleren Atmosphärenschichten des Gasriesen Jupiter sowie die äußerst dünnen Atmosphären – man spricht hier vielmehr von Exosphären – und Oberflächen der Galileischen Monde genau ins Visier nehmen. Im Vordergrund stehen dabei die Bestimmung der Temperaturstruktur, Dynamik und Zusammensetzung der verschiedenen Schichten der Jupiteratmosphäre, deren Wechselwirkung untereinander, sowie der internen Struktur Jupiters.

ESA-Mission mit starker deutscher Beteiligung
JUICE ist die größte und umfangreichste ESA-Mission zur Erforschung der Planeten des Sonnensystems. Neben der ESA haben auch die NASA und die japanische Weltraumorganisation JAXA zur Mission beigetragen. Die ESA übernimmt die Finanzierung für die Satellitenplattform, den Start mit der Ariane-5-ECA-Rakete sowie den Betrieb der Sonde. Die Finanzierung für die wissenschaftlichen Nutzlasten für JUICE werden zum größten Teil von den nationalen Raumfahrtagenturen und den beteiligten Instituten selbst getragen. Neben den Experimenten JANUS, SWI und GALA fördert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit dem Teilchenspektrometer Particle Environment Package (PEP), dem Jupiter-Magnetometer (J-MAG), dem Radar-Instrument Radar for Icy Moons Exploration (RIME) und einem Instrument zur Radiosondierung der Jupiteratmosphäre (3GM) weitere deutsche wissenschaftliche Beiträge aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm.

Im Juli 2031 wird JUICE den Jupiter erreichen und bis November 2035 insgesamt 35 Mond-Vorbeiflüge absolvieren. Im September 2034 wird die Sonde in eine elliptische, später kreisförmige Umlaufbahn um Ganymed gelenkt. JUICE ist die erste Mission, die den Mond eines anderen Planeten umkreisen wird. Bis zum Missionsende im September 2035 wird JUICE Ganymed etwa 1.250-mal umrunden. Sollte noch Treibstoff vorhanden sein, würden weitere Umläufe in nur 200 Kilometer Höhe erfolgen, die Messungen in einer Qualität ermöglichen, die für Jahrzehnte den Maßstab setzen würden. Am Ende wird die Sonde gezielt zum Absturz auf Ganymed gelenkt und auf dem steinharten Eis vollständig zerstört. Da der vermutete Ozean im Inneren von Ganymed schätzungsweise hundert Kilometer tief gelegen ist und die Nachttemperaturen unter minus 160 Grad Celsius liegen, besteht keine Gefahr, dass es zu Kontaminationen des Ganymed-Ozeans durch irdische Mikroben kommen könnte, die auf JUICE als „blinde Passagiere“ mitgereist sein könnten.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: ESA 20. Januar 2023.

20. Januar 2023 – Im Rahmen der letzten Vorbereitungen wurde eine Gedenktafel an der Raumsonde zu Ehren des italienischen Astronomen Galileo Galilei enthüllt, der im Januar 1610 als erster den Jupiter und seine vier größten Monde durch ein Teleskop beobachtete. Seine Beobachtung, dass die Monde ihre Position von einer Nacht zur nächsten ändern, stieß die lange gültige Vorstellung um, dass sich alles am Himmel um die Erde dreht. Zu seinen Ehren wurden die Monde – Io, Europa, Ganymed und Callisto – unter der Bezeichnung „Galileische Monde“ bekannt.

„Die Enthüllung der Gedenktafel ist ein schöner Moment in diesem intensiven Kapitel der Startvorbereitungen für die Raumsonde“, sagt Giuseppe Sarri, ESA-Projektleiter von Juice. „Es ist nicht nur eine Gelegenheit, innezuhalten und über die jahrzehntelange harte Arbeit nachzudenken, die in die Entwicklung, den Bau und die Tests der Raumsonde geflossen ist. Es ist auch eine Gelegenheit, die Neugier und das Staunen aller Menschen zu feiern, die jemals den Jupiter am Nachthimmel betrachtet und über unsere Ursprünge nachgedacht haben – die Inspiration für diese Mission.“

Antworten auf die großen Fragen der Menschheit
Drei der größten Monde Jupiters – Europa, Ganymed und Kallisto – schließen unter ihrer Oberfläche riesige Mengen von Wasser ein, die weit größer sind als die Ozeane der Erde. Diese planetengroßen Monde, die Riesenplaneten und keine heißen Sterne umkreisen, geben uns spannende Hinweise auf mögliche Bedingungen für Leben außerhalb unseres blassblauen Planeten. Jupiter und seine Familie großer Monde sind ein Musterbeispiel für riesige Gasplanetensysteme im gesamten Universum und gehören zu den interessantesten Zielen unseres Sonnensystems.

Die ESA und ihre internationalen Partner stehen kurz davor, Juice auf die Reise zu schicken, diesen faszinierenden Planeten und seine beeindruckenden Monde zu erkunden. Juice wird mit seinen leistungsstarken Instrumenten den Jupiter und seine Monde auf eine Weise sehen, von der Galileo nicht einmal zu träumen gewagt hätte. Die von der Raumsonde gelieferten Daten werden vielen zukünftigen Generationen von Wissenschaftler*innen bei der Entschlüsselung der Geheimnisse des Jupitersystems und seiner Rolle in der Entwicklung unseres Sonnensystems helfen.

„Angesichts des nahenden Starts von Juice erinnern wir uns an die lange Reise der Raumsonde über verschiedene Airbus-Standorte in Europa bis zur endgültigen Integration und an die mehr als 500 Airbus-Mitarbeiter, die die Raumsonde für ihre achtjährige Reise vorbereitet haben“, sagt Cyril Cavel, Juice-Projektleiter bei Airbus Defence and Space. „Es war ein unglaubliches Abenteuer, zusammen mit mehr als 80 Unternehmen aus ganz Europa die Vision der ESA zum Leben zu erwecken und schließlich den Jupiter und seine Eismonde gründlich zu untersuchen.“

Ein Trio von Meilensteinen
Allein in den letzten Wochen sind drei wichtige Meilensteine erreicht worden. Im Dezember absolvierte die Raumsonde einen letzten Thermalvakuumtest, um zu bestätigen, dass sie für die rauen Temperaturen im Weltraum gerüstet ist.

In der vergangenen Woche wurde die in Toulouse stationierte Raumsonde bei einem abschließenden „Systemvalidierungstest“ mit der Missionskontrolle im ESA-Raumfahrtkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt „zusammengeschaltet“, um die ersten Aktivitäten nach dem Start zu simulieren, bei denen sich die verschiedenen Solarzellen, Ausleger und Ausrüstungsteile von Juice mit der endgültigen Version der Flugsoftware entfalten werden.

Zu guter Letzt, und das ist das Wichtigste, wurde am 18. Januar 2023 bei der Qualifizierungs- und Abnahmeprüfung die Bereitschaft bestätigt, mit den Startvorbereitungen im Weltraumbahnhof fortzufahren.

Juice wird im April mit einer Ariane 5 abheben – die letzte ESA-Mission, die mit dieser Trägerrakete fliegt, bevor die Ariane 6 die Nachfolge antritt.

Vorbereitung auf eine tückische Reise
Während Juice zum Weltraumbahnhof verlegt wird, bleibt ein großer Teil der Aktivitäten im ESA-Missionskontrollzentrum ESOC in Deutschland. Die Flugkontrollteams werden ihr Training für den Start und den frühen Betrieb in einer Reihe von 16 intensiven, mehrtägigen Simulationen verstärken.

„Dies ist die größte Mission im tiefen Weltraum, die wir je gestartet haben, und sie muss die Monde des größten Planeten im Sonnensystem mit nicht weniger als 35 Vorbeiflügen geschickt umfliegen“, erklärt Andrea Accomazzo, Flugbetriebsleiter für die Mission.

„Bei der Erforschung des Jupiters und seiner Monde müssen wir ein Jahrzehnt lang Aufgaben erfüllen, die wir noch nie zuvor durchgeführt haben, und dabei kann viel schiefgehen. In diesen Wochen der Simulationen werden wir mit allen möglichen Problemen konfrontiert, damit wir mit allen möglichen Situationen im Weltraum umgehen können.“

Nach dem Start wird Juice einen acht Jahre dauernden Kurs durch das Sonnensystem fliegen, wobei die Schwerkraft der Erde und der Venus das Schiff zum Jupiter schleudern wird.

Abhängig vom genauen Tag des Starts – und damit von der Geometrie des Sonnensystems an diesem Tag – könnte Juice die erste Schwerkraftumlenkung zwischen Mond und Erde durchführen. Dadurch würde die Mission einen Vorbeiflug am Mond und nur einen Tag später einen Vorbeiflug an der Erde machen.

Wenn sie im Jupitersystem ankommt, wird Juice hunderte Millionen Kilometer von der Erde entfernt einer rauen Strahlungs- und Temperaturumgebung ausgesetzt sein. Dort wird sie Daten sammeln, die die Geheimnisse der komplexen Umwelt und der ozeanhaltigen Monde des Planeten lüften werden.

Um eine so komplexe Strecke über eine so großen Entfernung zu fliegen – und vor allem, um die Daten von Juice nach Hause zu schicken – sind extreme Navigationstechniken gefragt, die sich auf das Estrack-Netzwerk der ESA mit Weltraumantennen in Spanien, Argentinien und Australien stützen, das vom ESOC aus ferngesteuert wird.

Die Raumsonde, die Bodenausrüstung und das Personal werden Anfang Februar 2023 auf dem Weltraumbahnhof für die intensiven Startvorbereitungen eintreffen, die mit dem Start im April 2023 ihren Höhepunkt erreichen werden.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt.

29. März 2022 – Gibt es Wasser unter dem Eispanzer dreier großer Jupitermonde? War oder wäre sogar Leben möglich? Um solche Fragen zu klären, soll 2023 die ESA-Mission JUICE starten. Unter den zahlreichen Instrumenten der Jupiter-Sonde wird auch ein leistungsfähiges Radar namens RIME sein. Die Radarstrahlen sollen die Eisschichten der Monde bis in eine Tiefe von 9 km durchdringen. Jetzt wurde eine originalgroße Kopie der Antenne bei der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig auf Herz und Nieren getestet. Es waren, nach Simulationsrechnungen und Untersuchungen an einem kleineren Modell, die ersten Tests an einer großen Antenne – und gleichzeitig die abschließenden Tests vor ihrem Einsatz. Für die genauen Messungen der Impedanz, also des inneren Widerstandes der Antenne, nutzte die Firma SpaceTech im Auftrag von Airbus für die ESA das Antennenfreifeld der PTB. Es ist wegen seiner Größe und seiner guten Messbedingungen europaweit einzigartig.

Ein neun Meter hoher schwarzer Stab, befestigt an einem weißen Fahnenmast, ist das Objekt des Interesses. Es ist ein Monopol, und einer von zwei Armen der 16,6 m langen Dipolantenne, die letztlich an der Raumsonde montiert wird. Genau genommen ist es nur eine baugleiche Kopie. Aber seine Abmessungen und Eigenschaften entsprechen genau denjenigen der endgültigen Sende- und Empfangsantenne. Die Vermessung erfolgt mit Messgeräten, die im unterirdischen Messbunker neben der Freifläche verborgen sind. Das Radarsystem mit dem klangvollen Namen RIME (Radar for Icy Moons Exploration) arbeitet mit Radiowellen einer Frequenz zwischen 7,5 MHz und 10,5 MHz. Das entspricht Wellenlängen um die 30 Meter, also mit Kurzwelle – eher untypisch für Radar, das sonst eher mit Wellenlängen von einigen Zentimetern arbeitet. In dem unterirdischen Messplatz haben die Mitarbeiter der von der ESA beauftragten Firma SpaceTech GmbH auch die Messdaten erfasst. Der wichtigste Wert war dabei die Eingangsimpedanz, also der Fußpunktwiderstand der Antenne, gemessen in Ohm.

„Unser Antennenfreifeld ist das größte in Europa“, erklärt Thomas Kleine-Ostmann, Fachbereichsleiter bei der PTB. „Noch wichtiger: Es hat eine besonders ebene Oberfläche. Und es ist besonders frei gelegen; erst in mehr als 150 m Entfernung steht der Zaun zum angrenzenden Wohngebiet.“ Die Radarstrahlen werden also nur vom Boden, der mit einem Zinkbelag gut reflektierend gestaltet ist, zurückgeworfen, nicht aber von Gebäuden – die es ja schließlich im Weltraum auch nicht gibt. Wegen dieser guten Messbedingungen sind die SpaceTech-Mitarbeiter aus Immenstaad am Bodensee angereist; die PTB hat die Fläche für vier Tage an die Firma vermietet.

Vieles hängt daran, ob die Antenne die Erwartungen erfüllt. Daher laufen die Untersuchungen schon Jahre vor der eigentlichen Mission ab. Erst hat die ESA Simulations- und Modellrechnungen durchgeführt, dann in ihrem Testzentrum in den Niederlanden ein kleines Modell der Antenne getestet – und jetzt ist quasi das Original dran. Auch diese Messungen verliefen erfolgreich, sodass das Riesenprojekt weiter geplant werden kann.

JUICE (Jupiter ICy moons Explorer) wird die erste Raumsonde sein, die in die Umlaufbahn eines Mondes eines Planeten am äußeren Rand unseres Sonnensystems einschwenkt und ihn aus nächster Nähe analysieren wird. Dazu werden elf wissenschaftliche Hightech-Instrumente an Bord sein. Die Sonde soll 2023 starten, wird sieben Jahre und ein paar Monate für die Reise zu Jupiter brauchen und dann für 3,5 Jahre den Gasplaneten Jupiter und drei seiner insgesamt mehr als 60 Monde untersuchen. Sein Hauptziel ist der Jupitermond Ganymed, der größte Mond des Sonnensystems; er ist planetenähnlich und ein potenzieller Lebensraum. Mithilfe von JUICE will die ESA seine Oberfläche kartieren und bis tief in den Kern hinein untersuchen, woraus er besteht, ob sich seine Zusammensetzung im Laufe der Zeit verändert hat und ob es Hinweise auf Wasser gibt.

Aber auch die beiden anderen großen, eisbedeckten Jupitermonde Kallisto und Europa will die ESA mithilfe des RIME-Radarsystems unter die Lupe nehmen. Außerdem sollen die Atmosphäre, die Magnetosphäre, die Satelliten und die Ringe von Jupiter selbst untersucht werden. Davon erhofft man sich Erkenntnisse darüber, wie die Bedingungen für die Entstehung von Planeten und von Leben sind und wie unser Sonnensystem funktioniert.
es/ptb

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF.

Jena / Oberkochen / Stuttgart, 25 November 2021 – Forscher des Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sind gemeinsam mit ihrem Partner für die Entwicklung metalloptischer Präzisionsinstrumente mit dem Lothar-Späth-Award ausgezeichnet worden. Das Hochleistungsteleskop GALA soll bei der für 2023 geplanten ESA-Mission JUICE zur Erforschung des Jupitermondes Ganymed zum Einsatz kommen. Die Preisverleihung erfolgte am 19. November 2021 in Stuttgart.

Gemeinsam mit Wissenschaftlern und Technikern der HENSOLDT Optronics GmbH aus Oberkochen hat eine Forschungsgruppe um Dr. Stefan Risse und Systemingenieur Henrik von Lukowicz am Fraunhofer IOF ein optisches Teleskop entwickelt, welches im Ultrahochvakuum mit extremen Umweltbedingungen zurechtkommt. Das Teleskop hält extremen Vibrationen beim Raketenstart, drastischen Temperaturwechseln sowie hohen Temperatur-Gradienten und extremer kosmischer Strahlungsbelastung stand und ist damit für den Einsatz im Weltraum geeignet. Für die gemeinsame Entwicklung wurde das Team aus HENSOLDT- und Fraunhofer-Forschern nun mit dem dritten Preis des diesjährigen Lothar-Späth-Awards ausgezeichnet.

Messinstrument GALA will Jupitermonde erforschen
Alle Tests sind bereits erfolgreich abgeschlossen. Schon 2023 wird das preisgekrönte Teleskop in der Weltraumforschung zur Anwendung kommen. Dann nämlich startet die Europäische Weltraumbehörde mit dem »Jupiter Icy Moons Explorer« (kurz: JUICE) zur Erforschung des Planeten Jupiters und seiner Monde Europa, Kallisto und Ganymed. Insgesamt elf wissenschaftliche Instrumente werden sich dabei an Bord der Raumsonde befinden. Eines davon ist das »Ganymed Laser Altimeter«, auch GALA genannt. GALA will die Eismonde des Jupiters erkunden – allem voran den Mond Ganymed, da dieser im Hinblick auf Atmosphäre, Magnetfeld und Wasservorkommen eine starke Ähnlichkeit zur Erde aufweist. Im Besonderen wird das Instrument die Oberfläche des Eismondes hochpräzise vermessen.

Um diese Informationen zu sammeln, sendet GALA von einer Umlaufbahn um Ganymed – also immerhin aus circa 500 Kilometern Entfernung – Laserpulse auf die Mondoberfläche und empfängt zurückgestreute Signale. Aus der Laufzeit des Pulses lässt sich der Abstand zur Mondoberfläche bestimmen und daraus wiederum die Topografie. Dazu benötigt es eine hochpräzise Laser-Empfangs-Einheit. Das Fraunhofer IOF entwickelte dafür ein spezielles Spiegelteleskop, das die von der Mondoberfläche zurückgeworfenen Laserpulse auffängt. Auf diese Weise kann GALA die Topographie des Jupitermondes mit einer Auflösung von weniger als 15 cm vermessen.

Anwendungen auch für Satellitenkommunikation und Quantenoptik
Die vom Team erbrachte Entwicklungsleistung weist auch über die Weltraumforschung hinaus vielfältige Einsatzgebiete auf: »Neben den bestehenden Marktzugängen der Erdbeobachtung, Sicherheitstechnik und der institutionellen Fernerkundung eröffnet die Entwicklung den Marktzugang zu up-and-down Links und der Satellitenkommunikation, Quantenoptik und quantenoptischen Verschlüsselungstechnologien«, hieß es seitens der Lothar-Späth-Stiftung anlässlich der Preisverleihung.

Die HENSOLDT Optronics GmbH mit Sitz in Oberkochen entwickelt Sensorlösungen für Sicherheitsanwendungen und Weltraumoptiken. Für ihre gemeinsame Entwicklungsarbeit am Messinstrument GALA wurden auf Seiten des Fraunhofer IOF Dr. Stefan Risse, Henrik von Lukowicz und Freiform-Entwickler Dr. Johannes Hartung ausgezeichnet. Seitens der HENSOLDT Optronics wurden Dr. Kai Weidlich (Produkt- manager Hochleistungsoptik), Henry Wegert (Systemingenieur) und Boris Trefzger (Strukturanalyst) geehrt.

Über den Lothar-Späth-Award
Der Lothar-Späth-Award würdigt herausragende und in Kooperation entstandene Innovationen bei Produkten, Verfahren und Dienstleistungen in Baden-Württemberg und Thüringen. Er zeichnet die dahinterstehenden Personen aus Wissenschaft und Wirtschaft aus. 2018 unterstrich der Award damit erstmals die Bedeutung von partnerschaftlichem, zukunftsorientiertem Denken und Handeln für Deutschlands Spitzenposition in der Welt.

Im Sinne von Prof. Dr. h. c. Lothar Späth (Ministerpräsident von Baden-Württemberg von 1978 bis 1991 sowie Vorstandsvorsitzenden der Jenoptik AG) würdigt und fördert der Preis besondere Entwicklungen zum Wohle der Gesellschaft. Zu den Jury-Mitgliedern des Preises zählen unter anderem Bundeskanzler a. D. Gerhard Schröder und der ehemalige Ministerpräsident des Landes Baden-Württemberg und ehemalige EU-Kommissar Günther Oettinger.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

Der Beitrag Hochleistungs-Metalloptiken mit Lothar-Späth-Award 2021 ausgezeichnet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Airbus Defence and Space.

Toulouse, 12. August 2021 – Die von Airbus gebaute Raumsonde JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), die für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) entwickelt wurde, ist in Toulouse angekommen. Dort wird sie im Airbus-Satellitenintegrationszentrum ihre Endmontage und Testkampagne absolvieren. Danach wird sie zum Start mit einer Ariane 5 nach Kourou in Französisch-Guayana gebracht.
Nach drei Monaten intensiver Tests in der Vakuumkammer (Large Space Simulator) im ESA-Technikzentrum ESTEC in Noordwijk, Niederlande, ist JUICE wieder bei Airbus, dem Hauptauftragnehmer. Ausnahmsweise wurde die Sonde auf dem Luftweg nach Toulouse transportiert, um Zeit zu sparen und den engen interplanetarischen Zeitplan für die Erreichung des Jupitersystems einhalten zu können.

Cyril Cavel, JUICE-Projektleiter bei Airbus, sagte bei der Ankunft: „Es ist das erste Mal, dass ich einen Satelliten sehe, der per Flugzeug in Toulouse ankommt, was die Bedeutung dieser Mission für die ESA und die wissenschaftliche Gemeinschaft zeigt. Jetzt müssen wir bei Airbus auf der großartigen Arbeit aller unserer industriellen und wissenschaftlichen Partner aufbauen. Ich freue mich auf den Start dieser ehrgeizigen Mission und auf den enormen Wissenszuwachs, den sie der Menschheit bringen wird – auch wenn wir noch fast zehn Jahre warten müssen, bis sie am Jupiter ankommt.“
Inzwischen sind das Öffnen des Druckschutzbehälters und der Transfer in den Reinraum abgeschlossen worden. Airbus wird nun den Zusammenbau der Flugkonfiguration abschließen, einschließlich der Integration des letzten Instruments und des bisher größten Solargenerators, der für eine Mission zur Erforschung von Planeten eingesetzt werden wird. Zu guter Letzt werden die Umwelttests, einschließlich der Tests zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC), zur Mechanik, zur Entfaltung und zum Antrieb, bis ins nächste Jahr fortgesetzt, um den Satellit startklar zu machen.

Das 6,2 Tonnen schwere JUICE-Raumschiff wird im Jahr 2022 zu seiner fast 600 Millionen Kilometer langen Reise zum Jupiter aufbrechen. Die Sonde wird zehn hochmoderne wissenschaftliche Instrumente an Bord haben, darunter Kameras, Spektrometer, ein eisdurchdringendes Radar, einen Höhenmesser, ein radiowissenschaftliches Experiment sowie Sensoren zur Überwachung elektrischer und magnetischer Felder und der Plasmaumgebung im Jupitersystem. JUICE wird eine einzigartige Tour durch das Jupitersystem absolvieren, die auch eingehende Untersuchungen von drei potenziell ozeanhaltigen Monden umfasst: Ganymed, Europa und Kallisto.
Während ihrer vierjährigen Mission wird JUICE Daten sammeln, um die Bedingungen für die Bildung riesiger Gasplaneten und die Entstehung von Lebensräumen in der Tiefe zu verstehen. Neun Monate lang wird JUICE den Eismond Ganymed umkreisen, um dessen Beschaffenheit und Entwicklung zu analysieren, seinen unterirdischen Ozean zu charakterisieren und seine potenzielle Bewohnbarkeit zu untersuchen.
Als Hauptauftragnehmer der ESA leitet Airbus ein Industriekonsortium aus mehr als 80 Unternehmen aus ganz Europa.

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• JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) auf Ariane 5 ECA

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Quelle: Universität zu Köln.

27. Juli 2021 – Bisher war bekannt, dass Ganymed eine dünne Atmosphäre aus Sauerstoff besitzt. Nun hat ein internationales Team unter Beteiligung des Kölner Geophysikers Joachim Saur nachgewiesen, dass auf der sonnenbeschienenen Seite des Mondes eine Wasserdampfatmosphäre vorhanden ist, die zur Mittagszeit auf dem Mond fünf Mal dichter ist als die Sauerstoffatmosphäre. Die Publikation erschien in der Zeitschrift Nature Astronomy unter dem Titel: A sublimated water atmosphere on Ganymede detected from Hubble Space Telescope observations.

Der Jupitermond Ganymed, der größte Mond unseres Sonnensystems, ist ein Eismond, dessen Oberfläche vornehmlich aus gefrorenem Wasser besteht. Unter der Eisoberfläche befindet sich ein riesiges Reservoir aus flüssigem Wasser. Die Wasserdampf-Atmosphäre entsteht durch Sublimation von gefrorenem Wasser. Dies ist ein Prozess, der auch vom Erwärmen von Trockeneis bekannt ist, bei dem tiefgefrorenes Kohlendioxid gasförmig wird, wenn es aufgewärmt wird. Die Entdeckung der Wasserdampfatmosphäre gelang mittels Beobachtungen des Hubble Weltraum Teleskops unter Leitung von Dr. Lorenz Roth von der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) Stockholm. Dazu wurden Spektren der Atmosphäre im ultravioletten Licht unter normalen Ganymed-Bedingungen und während einer Jupiterfinsternis des Mondes verglichen: Wasser- und Sauerstoff-Moleküle werden durch solare Photonen oder durch energiereiche Elektronen in ihre Atome gespaltet und zum Leuchten bei verschiedenen Wellenlängen angeregt. Aus den gemessen Lichtintensitäten bei den verschiedenen Wellenlängen kann die Zusammensetzung der Atmosphäre abgeleitet werden.

Die Wasserdampf- und Sauerstoff-Atmosphären auf dem Mond sind sehr dünn und nicht zum Atmen geeignet. Die Oberflächentemperatur von Ganymed am Mittagspunkt ist zudem eisige minus 120 Grad Celsius kalt und auf der Nachtseite noch frostiger.

„Nach jetzigem Wissensstand ist nicht davon auszugehen, dass die Wasseratmosphäre durch das Wasserreservoir unter der Eisoberfläche gespeist wird“, erklärt Professor Saur. „Die Kenntnis der Wasserdampf-Atmosphäre ist jedoch sehr wichtig, um andere Beobachtungen des Mondes, die auch die Charakterisierung des Ozeans betreffen, richtig einschätzen zu können.“

Der Mond Ganymed ist das Hauptziel der ESA-Raumsonde JUICE, die im Jahr 2029 im Jupiter-System ankommen wird. Diese Mission soll den Mond weiter vermessen, um dessen unter der Eisoberfläche liegenden Ozean, die Polarlichter von Ganymed und sein Magnetfeld besser zu verstehen. Ganymed ist der einzige bekannte Mond mit einem eigenen Magnetfeld und Polarlichtovalen. Die Charakterisierung des Jupitermondes und seines Ozeans erfolgt zurzeit auch im Rahmen des ERC Projects EXO-OCEANS von Joachim Saur.

Veröffentlichung:
A sublimated water atmosphere on Ganymede detected from Hubble Space Telescope observations

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• Jupitermonde

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Autor: Star-Light.

Von der Sonne aus betrachtet ist der der fünfte Planet im Sonnensystem. Jupiter ist ein Gasriese und der größte und massenreichste Planet in unserem System. Seine Masse beträgt das 317-Fache der Erdmasse und sein Radius ca. das 11.000-Fache des Erdradius. Mit ihm beginnt das sogenannte äußere Sonnensystem, das durch den Asteroidengürtel von den inneren Planeten getrennt ist.

Aufgrund seiner Größe ist er nach der Sonne, dem Mond und der Venus das hellste Objekt am Himmel. Bereits 1610 entdeckte Galilei 4 Monde, heute wissen wir von 67 Objekten die Jupiter umkreisen. Die nach ihrem Entdecker auch galileischen Monde genannten Objekte sind Io, Europa, Ganymed und Callisto. Im Vergleich zu Jupiter sind sie klein, aber teilweise größer als der Planet Merkur.
Jupiter ist nicht nur der größte Planet im Sonnensystem sondern er dreht sich auch am schnellsten um sich selbst. Nur knapp 10 Stunden benötigt er für eine Rotation. Diese Geschwindigkeit hat zu einer deutlichen Abplattung des Planeten geführt und erklärt wohl auch die Wolkenbänder, die man auf seiner Oberfläche sehen kann.
Für eine Umkreisung der Sonne benötigt der Planet 11,86 Erdjahre.
Daneben hat Jupiter ein starkes Magnetfeld und muß im Inneren über eine Wärmequelle verfügen, da er etwas mehr Wärme abgibt, als er von der Sonne erhält.
Als Gasriese hat er keine feste Oberfläche und überhaupt nur eine sehr geringe Dichte. In seinem Inneren vermutet man aber einen Gesteinskern.
Ein sehr auffallendes Merkmal auf Jupiters Oberfläche ist der „Rote Fleck“. Es handelt sich dabei um ein riesiges Sturmsystem in dem die Erde zweimal hineinpasst. Bereits seit 300 Jahren ist es bekannt, was es so lange stabil hält ist bis jetzt ein Rätsel.

Zahlen, Daten und Fakten über den Planeten hat die NASA im Jupiter Fact Sheet in englischer Sprache zusammengestellt.

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Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: RIAN/IKI/NPO Lawotschkin.

2008 hatten die NASA, die ESA und die japanische JAXA das EJSM-Konzept (auch Laplace genannt) entwickelt. 3 Raumsonden sollten gemeinsam das Jupiter-System erforschen. So wollte die NASA den „Jupiter Europa Orbiter“ (JEO) starten, der die beiden Monde Io und vor allem Europa untersuchen sollte. Die beiden weiteren Monde Ganymed und Callisto sollte der „Jupiter Ganymede Orbiter“ (JGO) der ESA untersuchen. Zudem sollte der japanische „Jupiter Magnetospheric Orbiter“ (JMO) den Planeten selbst und vor allem seine enorm große Magnetosphäre untersuchen. Russland war ursprünglich kein Partner im Rahmen des EJSM-Projekts, wollte dann aber einen Lander für den Mond Europa bauen.

Relativ schnell lösten sich die gemeinsamen hochfliegenden Pläne jedoch wieder auf. Japan schied schon früh aus dem Projekt aus, und auch die NASA sagte ihren JEO ab. Bei der ESA wurde dann aus dem JGO das mittlerweile bewilligte Projekt JUICE – „Jupiter Icy Moons Explorer“. Auch Russland hielt grundsätzlich an seiner Absicht fest, einen Mondlander ins Jupitersystem zu bringen, stand mit der Absage des JEO aber vor einem großen Problem. So war der geplante Lander (zu jener Zeit unter dem Namen Sokol-Laplace) darauf angewiesen, dass ein Orbiter vorher ein mögliches Landegebiet findet und nach der Landung als Kommunikationsrelais zur Verfügung steht. Beides war bei Europa nicht mehr gegeben, und angesichts der massiven Strahlenbelastung im Europa-Orbit (der Mond liegt mitten im stärksten Strahlungsgürtel Jupiters) sahen sich die russischen Wissenschaftler nicht in der Lage, einen eigenen kleinen Orbiter mitfliegen zu lassen. Diese Entscheidung stand auch noch unter dem Eindruck des Verlustes von Phobos-Grunt durch einen Strahlentreffer im Erdorbit, mit dem sowohl Elektronik als auch Software der Sonde überfordert waren.

Da die ESA sich auf Ganymed konzentrierte und ihre Raumsonde weiter verfolgte, schwenkte auch Russland auf Ganymed als Ziel für den Lander um. So ist jetzt vorgesehen, dass JUICE zunächst Ganymed kartieren soll und dadurch die Landung vorbereitet. Auch nach der Landung könnte JUICE dann als Kommunikationsrelais dienen. Allerdings wird der Lander (jetzt unter dem Namen Laplace-L weiter verfolgt) auch direkt mit der Erde kommunizieren können, um nicht zwingend auf die Verfügbarkeit des Orbiters angewiesen zu sein. Neben dem Lander wird von russischer Seite auch erwogen, einen eigenen Ganymed-Orbiter (Laplace-O) zu starten. Dieser wäre eine relativ kleine Sonde von etwa 800 kg Masse – nicht mal halb so viel wie JUICE. Dementsprechend begrenzt wäre auch die Ausstattung dieses Orbiters, er würde hauptsächlich zur Kartierung (mit einer stereoskopischen Kamera mit einer Auflösung von etwa 1m) der Oberfläche dienen und damit zur Auswahl des Landeplatzes beitragen.

Technisch sollen sowohl Lander als auch Orbiter viel gemeinsam haben mit anderen, aktuell verfolgten, russischen Raumsondenprojekten. So wird ein großer Teil der Struktur mit den Mondsonden Luna-Glob und Luna-Resurs identisch sein. Die Landetriebwerke werden aus dem europäisch-russischen ExoMars-Projekt übernommen. Wenn diese Missionen, die in diesem Jahrzehnt fliegen sollen, also erfolgreich sind, wären viele Komponenten bereits erprobt und somit die frühestens 2022 startende Ganymed-Mission grundsätzlich ein sehr sicheres Projekt. Zum Start der beiden Sonden würde jeweils eine Proton-Rakete oder eine dann zur Verfügung stehende Angara-Rakete dienen.

Zu den wichtigsten Aufgaben des Landers wird es gehören, die Möglichkeit von Leben auf Ganymed zu untersuchen. Ganymed ist ein kalter Mond, dessen Oberfläche überwiegend aus Eis besteht. Aus diesem Eis entsteht durch den Einfluss kosmischer Strahlung unter anderem Sauerstoff, Wasserstoff oder Wasserstoffperoxid. Damit besitzt Ganymed eine dünne Atmosphäre, die sich allerdings in den Weltraum verflüchtigt. Nichtsdestotrotz entstehen damit auf Ganymed potentielle Energieträger, zudem gilt ein Ozean unter dem Eispanzer als möglich. Laplace-L soll daher mit verschiedenen Instrumenten ausgestattet werden, um die Oberflächenchemie des Mondes zu untersuchen. Falls es an der Oberfläche sogar Mikroorganismen geben sollte, könnte der Lander diese ebenfalls mithilfe einer speziellen Kamera nachweisen.

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• Russischer Ganymed-Lander

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