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.
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NASA Press-Kit:

• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, DLR, JPL.

Zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter befindet sich der Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems. In einer Entfernung zwischen 2,0 und 3,4 Astronomischen Einheiten zur Sonne befinden sich dort vermutlich mehrere Millionen Asteroiden mit Durchmessern von mehreren hundert Kilometern bis hinunter zu lediglich wenigen Metern.

Die am 27. September 2007 gestartete Raumsonde DAWN schwenkte am 16. Juli 2011 in eine Umlaufbahn um den Asteroiden (4) Vesta ein und untersuchte diesen drittgrößten Himmelskörper im Bereich des Asteroidengürtels anschließend bis zum September 2012 ausführlich mit den drei an Bord der Raumsonde befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten. Neben dem im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitenden VIR-Spektrometer und dem Gamma- und Neutronenspektrometer GRAND kam dabei auch ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickeltes und betriebenes Kamerasystem, die aus zwei identischen Optiken bestehende Framing Camera, zum Einsatz.

Nach dem Abschluss dieser Untersuchungen setzte die Raumsonde ihre Reise durch unser Sonnensystem fort und begab sich dabei zu ihrem zweiten Forschungsziel, den ebenfalls im Haupt-Asteroidengürtel gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres. 28 Monate später ist dieses nächste Ziel jetzt fast erreicht. Gegenwärtig befindet sich DAWN in einer Entfernung von nur noch etwa 300.000 Kilometern zu Ceres und nähert sich dem Zwergplaneten dabei derzeit – mit einem Ionentriebwerk angetrieben – pro Stunde um weitere 504 Kilometer.

Voraussichtlich am 6. März 2015 wird sich die Raumsonde Ceres so weit genähert haben, dass diese durch die Gravitation des Zwergplaneten ‚eingefangen‘ wird. Anschließend soll DAWN den Zwergplaneten über einen Zeitraum von 16 Monaten umkreisen und dabei aus unterschiedlichen Höhen mit ihren drei Instrumenten erforschen. Durch diese Untersuchungen erhoffen sich die Planetenforscher fundamentale Erkenntnisse über den Aufbau und die Entwicklungsgeschichte des Zwergplaneten, aus denen sich letztendlich auch wichtige Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems ableiten lassen werden.

Der Zwergplanet (1) Ceres
Ceres wurde bereits am 1. Januar 1801 von dem italienischen Astronomen Giuseppe Piazzi entdeckt und verfügt bei einer kugelähnlichen, leicht abgeplatteten Form über einen Durchmesser von etwa 975 x 909 Kilometern. Planetologen gehen davon aus, dass es sich bei (1) Ceres um einen differenzierten Protoplaneten handelt – eine Art ‚Vorplanet‘, welcher vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer frühen Phase seiner Entwicklung hin zu einem ‚vollwertigen‘ Planeten stecken geblieben ist und der – vergleichbar mit dem inneren Aufbau der terrestrischen Planeten – über einen geschichteten Aufbau verfügt.

Um einen Kern, in dem sich Silikate und Metalle angesammelt haben, befindet sich demnach ein mehrere Kilometer dicker und kompakter Mantel aus Wassereis. Unter dieser dicken Eiskruste könnte sich eventuell sogar ein Ozean aus flüssigem Wasser verbergen. Über dem Eismantel ist dagegen eine dünne Materialschicht abgelagert, welcher die sichtbare Oberfläche des Zwergplaneten darstellt. Radarmessungen und Beobachtungen mit verschiedenen Teleskopen haben zu dem Schluss geführt, dass die Oberfläche von Ceres offenbar weitflächig mit einer Schicht aus feinem Regolith bedeckt ist. Diese sehr dunkle und kohlenstoffreiche Oberfläche erklärt auch die geringe Albedo von Ceres, welche einen Wert von lediglich 0,09 aufweist.

Im Rahmen verschiedener spektroskopischer Untersuchungen gelang den Wissenschaftlern in den vergangenen Jahren auf der Oberfläche von Ceres zudem der Nachweis von hydratisierten Mineralen, in deren Kristallstruktur ebenfalls Wasser fest eingebunden ist. Insgesamt, so die Planetenforscher, dürfte der Wassereisanteil etwa 17 bis 27 Prozent der Gesamtmasse von Ceres ausmachen. Dieser Wert ergibt sich aus der mittleren Dichte des Zwergplaneten, welche rund 2,077 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt.

Erste Beobachtungsdaten vom 13. Januar 2015
Bereits am 1. Dezember 2014 fertigte die Framing Camera eine erste Aufnahme von Ceres an, auf welcher der Zwergplanet aus einer Entfernung von etwa 1,2 Millionen Kilometern eine Fläche mit einem Durchmesser von neun Pixeln einnahm. Deutlich besser gestaltete sich die Situation dann bereits am 13. Januar 2015. An diesem Tag fertigte die Kamera in einem Zeitraum von etwas mehr als einer Stunde weitere 20 Aufnahmen an, auf denen Ceres aus einer Entfernung von nur noch rund 383.000 Kilometern bereits eine 27 Pixel durchmessende Fläche überdeckte. Obwohl diese Aufnahmen, welche am heutigen Tag veröffentlicht wurden, in erster Linie der Navigation der Raumsonde dienen enthalten sie auch erste Hinweise auf die dortigen Oberflächenstrukturen. Auf dem fast kugelförmigen Zwergplaneten sind deutlich hellere und dunklere Bereiche zu erkennen.

„Schon jetzt lassen sich erste Oberflächenstrukturen wie etwa Krater erahnen“, so Dr. Andreas Nathues vom MPS, der wissenschaftlicher Leiter des Kamerasystems. Zudem zeigt sich auf den Fotos ein auffälliger heller Fleck auf der Oberfläche, der auch bereits auf früheren Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble erkennbar war, welches im Dezember 2003 und im Januar 2004 die bisher am höchsten aufgelösten Aufnahmen von Ceres erstellte.

Auf den aktuellen Ceres-Aufnahmen ist lediglich eine Seite des Zwergplaneten erkennbar. „Alle Oberflächenmerkmale von dieser Seite konnten wir bereits mit denen identifizieren, die auch in Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zu sehen sind“, so Dr. Nathues weiter. „Darüber hinaus finden sich in unseren Bildern Hinweise auf weitere bemerkenswerte Strukturen, die in den nächsten Wochen klarer hervortreten werden.“ Bereits Ende Januar werden die Bilder der Framing Camera eine Auflösung erreichen, welche höher ausfallen wird als bei den zuvor mit dem Hubble Space Telescope erstellten Aufnahmen.

„Es ist aufregend mitzuerleben, wie die Oberfläche einer ’neuen Welt‘ nach und nach in den Blick rückt“, so Dr. Mark Sykes vom Planetary Science Institute in Tuscon/USA, einer der Mitarbeiter des Wissenschaftsteams der Raumsonde DAWN. „Die Merkmale von Ceres, die Hubble bereits vor etwa zehn Jahren sichtbar gemacht hat, nun zu bestätigen, ist sehr wichtig. Wir suchen beispielsweise nach Anzeichen von Kryovulkanismus.“

Messungen des Weltraumteleskops Herschel hatten erst kürzlich gezeigt, dass von Ceres Wasserdampf ins All entweicht (Raumfahrer.net berichtete). Im Rahmen der zukünftigen Beobachtungskampagnen wollen die Wissenschaftler zudem noch vor dem Erreichen des Orbits um Ceres überprüfen, ob der Zwergplanet eventuell von kleineren Monden begleitet wird und mit Hilfe der Farbfilter des Kamerasystems einen ersten Eindruck von der Zusammensetzung der Oberfläche gewinnen.

„Sobald die Krater klarer erkennbar sind, könnte ihre Form zudem Rückschlüsse darauf zulassen, ob [auch direkt auf der Oberfläche] Eis vorhanden ist“, so Dr. Nathues weiter.

„Wir untersuchen mit DAWN zum ersten Mal einen Zwergplaneten“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der an der Mission beteiligten Wissenschaftler. „Die DAWN-Sonde wird in den nächsten Monaten diesen Eiskörper genauer untersuchen und wir werden die eine oder andere wissenschaftliche Überraschung erleben.“
Unter anderem ist geplant, die Oberfläche dieses Himmelskörpers ausführlich zu fotografieren. Anhand diesen Bilddaten wird Ceres zunächst ausführlich kartiert, anschließend ein dreidimensionales Höhenmodell berechnet und die Topographie von Ceres untersucht. Mit der dreidimensionalen Vermessung können beispielsweise bei Impaktkratern Rückschlüsse auf die Wucht des verursachenden Einschlags gezogen 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.
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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, DLR, MPS, NASA Science, DAWN Journal.

Der zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter gelegene Asteroidengürtel stellt für die Planetologen ein Zeitfenster in die frühe Entstehungsphase unseres Sonnensystems dar. Die dort befindlichen Objekte sind Relikte aus einer fernen Vergangenheit und jeder Asteroid hat den Wissenschaftlern seine eigene Geschichte über die Anfänge des Sonnensystems zu erzählen. Um diese Geheimnisse näher zu ergründen, entschloss sich die amerikanische Weltraumbehörde NASA dazu, die Asteroidenmission DAWN durchzuführen, in deren Rahmen der Asteroid (4) Vesta und der Zwergplanet (1) Ceres näher untersucht werden sollen. Die DAWN-Mission ist die neunte des Discovery-Programms der NASA, welches Wissenschaftlern die Möglichkeit bietet, die Rätsel unseres Sonnensystems mit relativ preisgünstigen und innovativen Missionen zu entschlüsseln. Nach mehreren Startverschiebungen hob am 27. September 2007 eine Delta II-Rakete von ihrem Startplatz in Cape Canaveral/ Florida ab und beförderte die Raumsonde DAWN ins Weltall (Raumfahrer.net berichtete).

Auf ihrer spiralförmigen Flugbahn durch das innere Sonnensystem wird die Raumsonde durch ein Ionentriebwerk angetrieben. Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Antriebssystemen entwickeln die drei mit Xenon betriebenen NSTAR-Ionentriebwerke der Raumsonde DAWN einen eher geringen Schubeffekt von maximal 91 Millinewton. Dies entspricht in etwa der Kraft, welche ein herabschwebendes Blatt Papier auf eine Schreibtischfläche ausübt. Durch die hohe Austrittsgeschwindigkeit der Ionen und eine deutlich längere Wirkdauer kann ein Ionentriebwerk die Flugbahn einer Raumsonde jedoch im Rahmen eines über Monate und Jahre erfolgenden durchgehenden Betriebes viel stärker und letztendlich effizienter verändern, als dies mit chemischen Triebwerken möglich ist.

Beim Betrieb der Ionentriebwerke werden die Atome des Edelgases Xenon durch elektrischen Strom angeregt, so dass sie durch den Verlust eines Elektrons ionisiert werden. Die positiv geladenen Xenon-Ionen werden durch ein elektrisches Feld auf die sechs- bis zehnfache Geschwindigkeit eines chemischen Raketenstrahls beschleunigt und der Ionenstrahl wird auf die Austrittsdüsen fokussiert. Dabei werden von den DAWN-Triebwerken pro Sekunde nur 3,25 Milligramm Xenon verbraucht. Zum Startzeitpunkt standen 425 Kilogramm Xenon zur Verfügung.
Auf dem Flug zu ihrem ersten Forschungsziel, dem Asteroiden Vesta, führte DAWN am 17. Februar 2009 ein Swing-By-Manöver am Mars durch. Durch dieses Manöver war es der Raumsonde möglich, zusätzlichen „Schwung“ zu holen und so nochmals an Geschwindigkeit zuzulegen. Zusätzlich bot der nahe Vorbeiflug an unserem Nachbarplaneten eine willkommene Gelegenheit, um die wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde an einem vergleichsweise nahen Objekt zu testen und zu kalibrieren. Zudem konnte die Flugbahn der Raumsonde im Rahmen dieses Manövers um fünf Grad verändert und auf den angepeilten Rendezvous-Punkt mit Vesta ausgerichtet werden. Ein vergleichbares Manöver ohne die Unterstützung des Schwerkraft des Mars hätte einen zusätzlichen Treibstoffverbrauch von rund 104 Kilogramm Xenon zur Folge gehabt.

Der etwa 560 x 544 x 488 Kilometer durchmessende Asteroid (4) Vesta, welcher am 29. März 1807 von dem Astronomen Heinrich Olbers in Bremen entdeckt und nach der römischen Göttin von Heim und Herd benannt wurde, ist nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand der Wissenschaft ein einzigartiges Objekt in unserem Sonnensystem. Anders als alle anderen Kleinkörper, welche im sogenannten Asteroiden-Hauptgürtel zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter um die Sonne kreisen, weist dieser Asteroid eine differenzierte innere Struktur auf. Eine Kruste aus erkalteter Lava überdeckt dabei eine tieferliegende Gesteinsschicht und einen darunter befindlichen Eisen-Nickel-Kern. Ein solcher innerer Aufbau ist vergleichbar mit der Struktur der sogenannten terrestrischen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Kurz nach seiner Entstehung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren muss der Asteroid vollkommen geschmolzen gewesen sein. In den folgenden 50 Millionen Jahren kühlte Vesta ab und die Gesteine trennten sich nach ihrer unterschiedlichen Dichte, wobei das schwerere Material nach innen wanderte und sich im Kern des Asteroiden ablagerte.

Nachdem die Raumsonde innerhalb von 43 Monaten rund 2,6 Milliarden Kilometer im Weltall zurückgelegt hatte, begann am 3. Mai 2011 die letzte Phase der Annäherung von DAWN an den Asteroiden Vesta. An diesem Tag konnte die Framing Camera, eines der drei wissenschaftlichen Instrumente an Bord der Raumsonde, erstmals den Asteroiden erfassen. In den folgenden Wochen und Monaten fertigte das Kamerasystem in regelmäßigen Abständen weitere Aufnahmen des Zielasteroiden an. Diese Aufnahmen dienten in erster Linie der Navigation der Raumsonde, da mit ihrer Hilfe die Flugbahn von DAWN und die relative Position zu Vesta bestimmt werden konnte. Durch die so gewonnenen Daten wurde die Steuerung von DAWN in der Folgezeit erheblich erleichtert.

Neben der Unterstützung der Navigation dienten die während der letzten Wochen angefertigten Bilder aber auch bereits rein wissenschaftlichen Zwecken. Neben einem ersten Überblick über die Oberflächenstrukturen auf Vesta werden die seit dem 9. Juli angefertigten Aufnahmen von den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern dazu genutzt, um nach kleinen Monden zu suchen, welche sich eventuell in der Nähe von Vesta befinden.

„Sollte sich dort ein Mond befinden, so wird er in den Aufnahmen im Gegensatz zu den fest fixierten Hintergrundsternen als ein sich bewegender Punkt erkennbar sein“, so Mark Sykes, Direktor des Planetary Science Instituts. „Durch die Verwendung kurzer Belichtungszeiten sollte wir in der Lage sein, Monde mit einem Durchmesser von bis zu etwa 27 Metern zu identifizieren. Durch längere Belichtungszeiten könnten wir sogar Monde mit nur wenigen Metern Durchmesser erkennen. Hierbei besteht aber das Risiko, dass die Aufnahmen durch den hellen Schein des Asteroiden überbelichtet werden.“ Bisherige Suchkampagnen mit verschiedenen erdgebundenen Teleskopen und dem Weltraumteleskop Hubble erbrachten keine Hinweise auf eventuelle Vesta-Begleiter. Durch die Suche mit dem Hubble Space Telescope sollte es theoretisch allerdings nur möglich gewesen sein, Monde mit einem Durchmesser von mehr als rund 44 Metern nachzuweisen.

Aber auch die beiden anderen Instrumente an Bord der Asteroidensonde, ein Mapping Spectrometer (VIR) und ein Gammastrahlen- und Neutronenspektrometer (GRAND), haben während der Annäherungsphase Daten gesammelt, welche der Kalibrierung dieser beiden Instrumente und der Gewinnung von Vergleichsdaten dienten.

Während der gesamten finalen Anflugphase zu Vesta war der Ionenantrieb von DAWN fast durchgehend aktiv und bremste die Raumsonde relativ zu Vesta langsam aber stetig ab. Dieser Anflug erfolgte mit einer sehr geringen Relativgeschwindigkeit zum Asteroiden, so dass DAWN für die letzten 1,2 Millionen Kilometer der Annäherung rund zehn Wochen benötigte. Mittlerweile beträgt der Abstand zwischen Vesta und der Raumsonde nur noch rund 16.900 Kilometer. Der Asteroid und die Raumsonde bewegen sich dabei gegenwärtig mit fast identischen Geschwindigkeiten und in die gleiche Richtung. Sobald sich DAWN der Oberfläche von Vesta bis auf eine Distanz von etwa 16.000 Kilometer genähert hat, wird Vesta die Raumsonde schließlich durch die Gravitationskraft „einfangen“ und in eine Umlaufbahn zwingen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Planetenmissionen muss DAWN also kein spezielles Bremsmanöver mit chemischen Raketentriebwerken durchführen, um zu einem künstlichen Begleiter von seinem Zielobjekt zu werden.

Dies hat aber auch zur Folge, dass der genaue Zeitpunkt des Orbiteintritts nicht minutiös vorhergesagt werden kann. Der endgültige Zeitpunkt hängt von den Masseverhältnissen von Vesta und den daraus resultierenden Gravitationskräften ab. Die für die Kontrolle der Raumsonde verantwortlichen Mitarbeiter des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/ Kalifornien gehen allerdings davon aus, dass DAWN am heutigen Samstag gegen 7:00 MESZ in den Vesta-Orbit eintreten wird. Zu diesem Zeitpunkt werden sich der Asteroid und die Raumsonde in einer Entfernung von rund 188 Millionen Kilometern zur Erde befinden. Eine Bestätigung dieses hoffentlich erfolgreichen Orbiteintritts wird frühestens am darauffolgenden Tag erfolgen. Der nächste Datentransfer von DAWN ist für den 17. Juli vorgesehen und wird um 8:30 MESZ beginnen. Erst nach der anschließend erfolgenden Auswertung der Telemetriedaten können wieder detaillierte Aussagen über den aktuellen Status von DAWN getätigt werden.

„Es hat fast vier Jahre gedauert, um an diesen Punkt zu gelangen“, so Robert Mase, der DAWN-Projektmanager des JPL. „Unsere letzten Tests und Überprüfungen haben gezeigt, dass sich DAWN genau auf Kurs befindet und einwandfrei funktioniert.“ In den folgenden Wochen soll die Höhe der Umlaufbahn von DAWN noch weiter abgesenkt werden. Ab Anfang August 2011 soll dann die eigentliche wissenschaftliche Untersuchung von Vesta beginnen. Zu diesem Zweck wird die Framing Camera die Oberfläche von Vesta zuerst aus einer Höhe von 2.400 Kilometern vermessen.

„Dann schrauben wir uns langsam auf eine Höhe von 660 Kilometern hinunter“, erläutert der DLR-Wissenschaftler Dr. Thomas Roatsch, der für die Planung und Prozessierung der Vesta-Aufnahmen zuständig ist, die weitere Vorgehensweise. „Von dort aus können wir noch detailliertere Bilder mit einer Auflösung von 60 Metern pro Bildpunkt aufnehmen.“ Zum Ende ihres Besuchs bei Vesta umrundet DAWN den Asteroiden dann in nur noch 200 Kilometern Entfernung zur Oberfläche. Während dieser Phase der Mission bestimmt der Gammastrahlen- und Neutronendetektor die chemische Zusammensetzung des Himmelkörpers. Parallel dazu wird das Schwerefeld von Vesta vermessen, um die innere Struktur des Asteroiden zu entschlüsseln.

Nach dem Abschluss der Untersuchungen von Vesta im Juli 2012 ist die lange Reise der Raumsonde allerdings noch nicht beendet. Vielmehr wird DAWN anschließend den rund 975 Kilometer durchmessenden Zwergplaneten Ceres ansteuern, welcher im Februar 2015 erreicht werden soll. Nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand stellt Ceres einen kompletten Gegensatz zu Vesta dar. Dieses größte Objekt im Asteroidenhauptgürtel ist bis zu 450 Millionen Kilometer – und somit deutlich weiter als Vesta – von der Sonne entfernt und besteht unter seiner Kruste, so die bisherigen Annahmen der Wissenschaftler, sehr wahrscheinlich aus Gasen und zu 25 Prozent aus gefrorenem Wasser.

Eventuell könnte Ceres sogar über eine extrem dünne Atmosphäre, eine sogenannte Exosphäre verfügen, wie sie auch in der unmittelbaren Umgebung des innersten Planeten unseres Sonnensystems, dem Merkur, zu finden ist. Über die Oberflächenstruktur von Ceres kann bisher noch keine Aussage getätigt werden. „Mit der Dawn-Mission werden wir uns ein Bild davon machen, was in den ersten Millionen Jahren nach der Entstehung der Planeten geschah“, so Prof. Ralf Jaumann. „Wir fliegen sozusagen in die Morgendämmerung des Sonnensystems.“

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Ein Beitrag von Michael Aye. Quelle: MPS Kamera Team.

Das Infrarot Spektrometer VIR und die optische Kamera FC (Framing Camera) wurden in den letzten zwei Tagen für etwa 8 Stunden in Betrieb genommen, um die wesentlichen Funktionen zu überprüfen. Auch das GRAND-Gamma-Spektrometer ist seit Dienstag erfolgreich in Betrieb.
Bisher ist alles zu vollster Zufriedenheit verlaufen, die ersten Kameradaten wurden schon analysiert, und in diesen Minuten wartet das FC-Team gespannt auf die nächsten Bilder, die den ersten Sternenhimmel zeigen sollten.

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