Quelle: ESA/Science&Exploration, 26. Februar 2026

Der winzige Kern des Kometen (nicht sichtbar) ist von einem hellen Gashalo umgeben, der als Koma bezeichnet wird. Ein langer Schweif erstreckt sich vom Kometen weg, und wir sehen Anzeichen von Strahlen, Jets, Strömen und Filamenten. Die Einblendung im Bild zeigt dieselben Daten, jedoch so bearbeitet, dass die Koma-Struktur hervorgehoben wird. Die Pfeile oben links zeigen die Bewegungsrichtung des Kometen (blau) und die relative Richtung der Sonne (gelb) an. Obwohl 3I/ATLAS ein Besucher aus dem interstellaren Raum ist, der von außerhalb des Sonnensystems kommt, entspricht sein Verhalten vollständig dem, was man von einem „normalen” Kometen erwarten würde.

Die Kamera mit dem Namen JANUS nahm dieses Bild am 6. November 2025 auf, nur sieben Tage nachdem der Komet seine größte Annäherung an die Sonne erreicht hatte. Zu diesem Zeitpunkt befand sich Juice etwa 66 Millionen Kilometer vom Kometen entfernt. Im Laufe des Novembers beobachtete Juice den Kometen 3I/ATLAS mit fünf seiner wissenschaftlichen Instrumente – JANUS, MAJIS, SWI, PEP und UVS. Zusammen sammelten sie Informationen, die Aufschluss über das Verhalten und die Zusammensetzung des Kometen geben werden.

In den Monaten nach den Beobachtungen befand sich Juice auf der der Erde gegenüberliegenden Seite der Sonne. Sie nutzte ihre Hauptantenne, die „high gain antenna“ als Hitzeschild und ihre kleinere Antenne, die „medium gain antenna“, um Daten mit geringerer Geschwindigkeit zur Erde zurückzusenden. Das bedeutete, dass die Instrumententeams bis letzte Woche warten mussten, um die Daten zu erhalten; nun arbeiten sie intensiv an deren Analyse.

Insgesamt hat JANUS mehr als 120 Bilder von 3I/ATLAS über einen großen Wellenlängenbereich aufgenommen. Das Instrumententeam untersucht derzeit alle diese Bilder genauer, um zu verstehen, was sie über den Kometen verraten. Unterdessen sind die MAJIS- und UVS-Teams mit der Auswertung der Spektrometriedaten beschäftigt, die SWI-Teams untersuchen Daten zur Zusammensetzung des Kometen und das PEP-Team befasst sich mit den Partikeldaten. Zusammen mit dem ESA-Team, das mit der Navigationskamera von Juice arbeitet, die ebenfalls 3I/ATLAS fotografiert hat, werden sie sich Ende März treffen, um ihre Ergebnisse zu diskutieren.

Wissenschaft ist langsam, aber wie die Instrumententeams nun nur zu gut wissen, werden diejenigen belohnt, die geduldig sind.
Die neuesten Updates und FAQs zum Kometen 3I/ATLAS finden Sie unter esa.int/3IATLAS.

JANUS ist eine mehrfarbige optische Kamera, die für die Aufnahme detaillierter, hochauflösender Fotos von Jupiter und seinen Eismonden entwickelt wurde. Sie wurde von einem Industriekonsortium unter der Leitung von Leonardo SpA unter der Aufsicht der italienischen Weltraumagentur (ASI) und in Zusammenarbeit mit dem italienischen Nationalinstitut für Astrophysik (INAF), das für die Instrumentenwissenschaft zuständig ist, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem CSIC-IAA in Granada (Spanien) und der CEI-Open University in Milton Keynes (Großbritannien) entwickelt.

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Quelle: ESA / Science & Exploration, 4. Dezember 2025

Darüber hinaus hat Juice den Kometen mit seiner bordeigenen Navigationskamera (NavCam) aufgenommen, die nicht als hochauflösende Wissenschaftskamera konzipiert ist, sondern Juice dabei helfen soll, nach seiner Ankunft im Jahr 2031 um die eisigen Monde des Jupiter zu navigieren.

Obwohl die Daten der wissenschaftlichen Instrumente erst im Februar 2026 auf der Erde eintreffen werden, konnte unser Juice-Team nicht so lange warten. Sie beschlossen, nur ein Viertel eines einzigen NavCam-Bildes herunterzuladen, um zu sehen, was sie erwartete. Der sehr deutlich sichtbare Komet, umgeben von Anzeichen von Aktivität, überraschte sie.
Wir sehen nicht nur deutlich den leuchtenden Gasring, der den Kometen umgibt und als Koma bekannt ist, sondern auch einen Hinweis auf zwei Schweife. Der „Plasmaschweif” des Kometen – bestehend aus elektrisch geladenem Gas – erstreckt sich zum oberen Bildrand hin. Möglicherweise können wir auch einen schwächeren „Staubschweif” erkennen, der aus winzigen festen Partikeln besteht und sich zum unteren linken Bildrand hin erstreckt.
Das Bild wurde am 2. November 2025 während Juices erstem Beobachtungsfenster für 3I/ATLAS aufgenommen. Es war zwei Tage vor Juices nächster Annäherung an den Kometen, die am 4. November in einer Entfernung von etwa 66 Millionen Kilometern stattfand.

Wir erwarten, die Daten der fünf während der Beobachtungen eingeschalteten wissenschaftlichen Instrumente – JANUS, MAJIS, UVS, SWI und PEP – am 18. und 20. Februar 2026 zu erhalten. Die Verzögerung ist darauf zurückzuführen, dass Juice derzeit seine Hauptantenne mit hoher Verstärkung als Hitzeschild zum Schutz vor der Sonne nutzt, sodass nur die kleinere Antenne mit mittlerer Verstärkung Daten mit einer viel geringeren Rate zur Erde zurücksenden kann.

Obwohl Juice weiter von 3I/ATLAS entfernt war als unsere Mars-Orbiter im Oktober, beobachtete er 3I/ATLAS kurz nach der größten Annäherung des Kometen an die Sonne, was bedeutet, dass er sich in einem aktiveren Zustand befand. Wir erwarten, dass sich diese Aktivität in den Daten der wissenschaftlichen Instrumente deutlicher zeigen wird. Dazu gehören nicht nur Bilder von JANUS – der hochauflösenden optischen Kamera von Juice –, sondern auch Spektrometriedaten von MAJIS und UVS, Zusammensetzungsdaten von SWI und Partikeldaten von PEP.

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Quelle: Institute of Science and Technology Austria (ISTA) 27. August 2024.

27. August 2024 – Ein Stern mit zwei Gesichtern. Ein Stern, der die Masse der Sonne mit der Kompaktheit des Mondes vereint. Sternüberreste, die ganze Planeten verschlingen und deren Umlaufbahnen beeinflussen. Ilaria Caiazzo ist für atemberaubende Entdeckungen bekannt. Nun verstärkt sie das Team der Astrophysiker:innen am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) als neue Assistenzprofessorin. Ihr Weg führte sie von der Philosophie zum Studium der Entwicklung und des Todes von Sternen. Gleichzeitig widmete sie sich ihren vielfältigen Interessen – inklusive der Filmproduktion.

Ilaria Caiazzo hatte schon immer viele Interessen. Ihr Weg zur Astrophysik begann in der Philosophie und Metaphysik mit Fragen wie ‚Was ist Zeit?‘, ‚Woher kommen wir?‘, und ‚Was ist der Ursprung des Universums?‘. „Die Astronomie ist eine seltsame Art von Wissenschaft, die sich stark auf Beobachtungen stützt. Wir können keine Experimente durchführen; stattdessen beobachten wir und versuchen, das Gesehene zu verstehen“, erklärt sie. „Es fühlt sich an wie Detektivarbeit: Man sammelt wertvolle Beweise, ohne dabei den Tatort durcheinanderzubringen.“

Neutronensterne und Weiße Zwerge
Zurzeit interessiert sich Caiazzo besonders für Neutronensterne. Diese haben eine ähnliche Masse wie die Sonne, sind aber so klein wie eine Stadt. „Ihre Dichte ist dementsprechend so hoch, dass ein Löffel eines Neutronensterns mehr wiegen würde als der Mount Everest“, so Caiazzo. Um solche Sterne zu verstehen, benötigt man die gesamte Physik, von der allgemeinen Relativitätstheorie bis zur Quantenmechanik. Die extreme Natur der Neutronensterne ermöglicht es den Wissenschafter:innen, die Gesetze der Physik in Bereichen zu testen, die in Laboren auf der Erde nicht realisierbar sind.

Außerdem erforscht Caiazzo Weiße Zwerge – häufig vorkommende Sternüberreste, die es Forschenden ermöglichen, die Entwicklung fast aller Sterne und Planetensysteme im Universum, einschließlich des Sonnensystems, zu verstehen. Weiße Zwerge haben eine Masse, die der Sonne ähnelt, sind jedoch so kompakt wie die Erde. Bevor unsere Sonne zu einem Weißen Zwerg wird und stirbt, wird sie sich zuerst ausdehnen und Merkur, Venus und vielleicht sogar die Erde verschlingen, während sie die Umlaufbahnen von vielen Planeten zerstört. Die äußerste Schicht von Weißen Zwergen besteht aus dem leichtesten Element, in der Regel Wasserstoff. Es wurde vorhergesagt, dass einige wasserstoffdominierte Weiße Zwerge in einem bestimmten Stadium ihrer Entwicklung in heliumreiche Weiße Zwerge übergehen. Da diese Schichten gasförmig sind, würde man erwarten, dass ein solcher Übergang auf der gesamten Oberfläche des Sterns gleichmäßig verläuft. Im Jahr 2023 machte Caiazzo jedoch die bedeutende Entdeckung eines ‚zweiseitigen‘ Weißen Zwergs mit dem Spitznamen ‚Janus‘. „Janus weist eine scharfe Grenze zwischen seiner wasserstoffreichen und seiner heliumreichen Seite auf, was noch nie zuvor beobachtet wurde. Um diese gasförmigen Elemente getrennt zu halten, muss Janus an seiner Oberfläche ein Magnetfeld haben, das diese Asymmetrie erzeugt“, erklärt Caiazzo.

Filmproduzentin und Ritterin des Verdienstordens
Neben der Forschung schreibt Caiazzo leidenschaftlich Drehbücher und produziert diese. Ihre Zeit muss sie sich dafür sehr gut einteilen, um alle ihre Interessen unter einen Hut zu bringen. Kurz bevor sie ans Institute of Science and Technology Austria (ISTA) kam, wurde Sie zur Ritterin des Verdienstordens der Italienischen Republik geschlagen. „Für meine Forschung ausgezeichnet zu werden, wirkte fast wie ein Traum. Das Medieninteresse in Italien und auf der ganzen Welt begann mit meiner ersten Publikation in Nature, in der ich den kleinsten beobachteten mondgroßen Weißen Zwerg beschrieb. Als dann die Entdeckung des Sterns mit den zwei Gesichtern hinzukam, wurde die Aufmerksamkeit noch größer.“

ISTA zu einem Anziehungspunkt für Astronomie machen
Schon bei ihrem ersten Besuch am ISTA während des Bewerbungsprozesses hatte Caiazzo das Gefühl, dass dies ein Ort ist, an dem man spannende Dinge (er)schaffen und den aufstrebenden Bereich der Astronomie mitgestalten kann. „Meine Kolleg:innen und ich arbeiten daran, das ISTA zu einem Zentrum für Astronomie in Europa zu entwickeln, ein Zentrum mit hoher Anziehungskraft”, fügt sie abschließend hinzu.

Erfahren Sie mehr über Caiazzo und ihre Forschung in ihrem Interview auf der ISTA-Website:
https://ista.ac.at/de/news/vom-leben-und-nachleben-der-sterne/

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• Sternentwicklung
• Institute of Science and Technology Austria (ISTA)

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Quelle: ESA 21. August 2024.

21. August 2024 – Die engste Annäherung an den Mond erfolgte am 19. August um 23:15 Uhr MESZ und führte Juice etwas mehr als 24 Stunden später, um 23:56 Uhr MESZ am 20. August, zur bisher engsten Annäherung an die Erde.

Als Juice gerade einmal 6840 km über Südostasien und dem Pazifik flog, nahm es mit seinen Überwachungskameras an Bord eine Reihe von Bildern auf und sammelte wissenschaftliche Daten mit acht seiner zehn Instrumente.

„Der Vorbeiflug mit Schwerkraftunterstützung war einwandfrei, alles verlief reibungslos, und wir waren begeistert, dass Juice der Erde so nahe kam“, sagt Ignacio Tanco, Raumfahrzeug-Betriebsleiter für die Mission.

Zweck des Vorbeiflugs war es, die Flugbahn von Juice im Weltraum umzulenken, indem die Schwerkraft zunächst des Mondes und dann der Erde genutzt wurden, um die Geschwindigkeit und Richtung des Raumfahrzeugs zu ändern.

Der Vorbeiflug am Mond erhöhte die Geschwindigkeit von Juice um 0,9 km/s relativ zur Sonne und lenkte Juice in Richtung Erde. Der Vorbeiflug an der Erde reduzierte die Geschwindigkeit von Juice um 4,8 km/s relativ zur Sonne und lenkte Juice auf eine neue Flugbahn in Richtung Venus.

Insgesamt wurde Juice durch den Vorbeiflug am Mond und an der Erde um einen Winkel von 100 °, im Vergleich zur Flugbahn vor diesem Vorbeiflug, umgelenkt.

Der von Natur aus riskante Vorbeiflug erforderte eine hochpräzise Echtzeitnavigation, spart der Mission dadurch aber rund 100-150 kg Treibstoff. Im Monat vor dem Vorbeiflug gaben die Betreiber der Raumsonde Juice leichte Anstöße, um sie auf genau die richtige Anflugbahn zu bringen. Danach verfolgten sie Juice zwischen dem 17. und 22. August rund um die Uhr.

Dank eines einwandfreien Ariane-5-Starts im April 2023 hat Juice etwas mehr Treibstoff in den Tanks, um dem Jupiter-Mond Ganymed näher zu kommen als ursprünglich geplant. Der Erfolg des Vorbeiflugs am Mond und an der Erde hat diesen wissenschaftlichen Bonus gesichert.

„Dank der sehr präzisen Navigation durch das Flugdynamik-Team von ESA ist es uns gelungen, nur einen winzigen Bruchteil des Treibstoffs zu verwenden, der für diesen Vorbeiflug reserviert war. Dadurch haben wir mehr Reserven für unerwartete Ereignisse oder um die Wissenschaftsmission zu verlängern, sobald wir Jupiter erreicht haben“, ergänzt Ignacio.

Ein erster Vorgeschmack auf die Wissenschaft im Weltraum
Während das Hauptziel darin bestand, die Flugbahn von Juice zu ändern, bot der Vorbeiflug an Mond und Erde auch eine Gelegenheit, die wissenschaftlichen Instrumente von Juice im Weltraum zu testen: alle zehn Insturmente wurden während des Vorbeiflugs am Mond eingeschaltet, und acht während des Vorbeiflugs an der Erde.

Geplant ist, in den nächsten Wochen Bilder und Spektren zu veröffentlichen, die von einigen der Juice-Instrumente aufgenommen wurden, sobald diese von der Raumsonde heruntergeladen und von den Instrumentenwissenschaftlern ausgewertet wurden. Dazu gehören auch hochauflösende Bilder vom Mond und der Erde, die von Juice ’s wissenschaftlicher Kamera JANUS aufgenommen wurden.

„Der Zeitpunkt und Ort dieses doppelten Vorbeiflugs ermöglicht es uns, das Verhalten der Juice-Instrumente gründlich zu studieren“, erklärt Claire Vallat, Juice-Operationswissenschaftlerin.

„Das alles passierte früh genug auf Juice’s Reise, dass wir die Daten nutzen können, um die Instrumente auf die Ankunft am Jupiter vorzubereiten. Und angesichts dessen, wie gut wir die physikalischen Eigenschaften der Erde, des Mondes und der umgebenden Weltraumumgebung kennen, ist es auch der ideale Ort, um zu verstehen, wie die Instrumente auf ein reales Ziel reagieren.“

Nächster Schritt: Venus
Dieser Vorbeiflug am Mond und an der Erde reduzierte tatsächlich die Energie von Juice und leitete sie in Richtung eines Treffens mit dem Planeten Venus im August 2025 um. Der Vorbeiflug an Venus wird Juice wieder in Richtung Erde bringen; die Sonde wird im September 2026 und im Januar 2029 wieder an unserem Heimatplaneten vorbeifliegen und zwei weitere Boosts gewinnen, bevor sie im Juli 2031 am Jupiter ankommt.

Über Juice
ESA Jupiter-Eismonde-Entdecker, „Juice“, ist die nächste kühne Mission der Menschheit zum äußeren Sonnensystem. Sie wird detaillierte Beobachtungen des Gasriesen Jupiter und seiner drei großen ozeanhaltigen Monde – Ganymed, Kallisto und Europa – durchführen.

Diese ehrgeizige Mission wird diese Monde mit einer leistungsstarken Suite von Fernerfassung, geophysikalischen und in-situ-Instrumenten charakterisieren, um mehr über diese faszinierenden Ziele als potenzielle Lebensräume für vergangenes oder gegenwärtiges Leben zu erfahren.

Juice wird die komplexe Magnet -, Strahlen- und Plasmaumgebung des Jupiters und deren Zusammenspiel mit den Monden genauestens beobachten und dabei das Jupitersystem als Archetyp für Gasriesensysteme im gesamten Universum untersuchen.

Juice startete im April 2023 mit einer Ariane 5 vom Europäischen Weltraumbahnhof in Kourou. Sie hat eine achtjährige Reise mit Vorbeiflügen an der Erde und an Venus, um zum Jupiter zu gelangen. Sie wird 35 Vorbeiflüge an den drei großen Monden machen, während sie den Jupiter umkreist, bevor sie ihre Umlaufbahn zu Ganymed ändert.

Juice ist eine Mission unter ESA Führung mit Beiträgen von NASA, JAXA und der israelischen Raumfahrtagentur. Es ist die erste Großmission im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision.

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

Der Beitrag ESA: Juice im weltweit ersten Vorbeiflug am Mond und an Erde auf Kurs zur Venus geleitet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR 14. August 2024.

14. August 2024 – LEGA – so heißt das Raumfahrtmanöver, das mit großer Spannung erwartet wird: Der „Lunar-Earth Gravity Assist“, was auf Deutsch etwa Mond-Erde-Schwerkraftumlenkung bedeutet. Zum ersten Mal wird die Bahn einer Sonde durch die Schwerkraft des Mondes und kurz darauf auch von der Gravitation der Erde verändert. In der Nacht vom 19. auf den 20. August 2024 (MESZ) passiert die Mission JUICE der Europäischen Weltraumorganisation ESA zunächst den Erdtrabanten von der Nachtseite kommend in 750 Kilometer Höhe. Dann fliegt die Raumsonde auf schon leicht veränderter Flugbahn in nur 24 Stunden mit gesteigerter Geschwindigkeit von 15.000 Kilometern pro Stunde zur Erde und wird dieser bis auf 6.800 Kilometer nahekommen. Dabei wird die Bahn der Sonde ein zweites Mal geändert und in Richtung des inneren Sonnensystems abgelenkt.

Während der beiden Nahvorbeiflüge an Mond und Erde werden auch die wissenschaftlichen Experimente angeschaltet sein, um sie zu testen, zu eichen und möglicherweise sogar interessante Ergebnisse zu erzielen. Darunter auch die Kamera JANUS und der Laser-Höhenmesser GALA. An beiden Experimenten ist das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) maßgeblich beteiligt.

Das ungewöhnliche Manöver wird durchgeführt, um für den weiteren Missionsverlauf Treibstoff zu sparen. In den kommenden Jahren wird bei weiteren Nahvorbeiflügen – einmal an der Venus und zweimal an der Erde – JUICE so beschleunigt werden, dass die Mission 2031 ihr Ziel, den Planeten Jupiter und dessen Eismonde Europa, Ganymed und Callisto, erreichen wird und bis 2035 untersuchen kann.

Mit etwas Glück kann JUICE beim LEGA-Manöver sogar von der Erde beobachtet werden, denn das Raumschiff fliegt zunächst durch die Nacht der westlichen Hemisphäre und dann über den Tag in Südostasien und des Pazifischen Ozeans. Mit einem leistungsstarken Fernglas oder einem Teleskop haben Amateurastronominnen und -astronomen die Chance, die Sonde in der Nacht vom 20. auf den 21. August 2024 als schnell wandernden Lichtpunkt auch von Europa aus zu sehen.

Mit 15.000 Stundenkilometern durch das „Nadelöhr“
Diese komplexe Flugbahn durch das innere Sonnensystem erwies sich als die effektivste, um die beim Start über sechs Tonnen schwere Raumsonde so schnell wie möglich ins Jupitersystem zu steuern. Der streckenmäßige Umweg über die Venus ist zeitlich betrachtet eine Abkürzung. Gestartet wurde JUICE am 14. April 2023 vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou mit einer Ariane-5-Trägerrakete. Seither hat die Raumsonde bereits mehr als eine Milliarde Kilometer zurückgelegt.

Gesteuert und kontrolliert wird das LEGA-Manöver vom ESOC, dem Europäischen Weltraum-Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt. Es gilt, JUICE mit genau der richtigen Geschwindigkeit zu einem exakten Zeitpunkt in der präzisen Richtung auf den Mond und danach auf die Erde hinzusteuern. Das Manöver gleicht einem Schuss durch ein Nadelöhr. Keine Weltraumorganisation hat dieses Doppel-Manöver zuvor durchgeführt. Zwischen dem 17. und dem 22. August 2024 wird der Kurs von JUICE zu jeder Sekunde überwacht. Der Funkverkehr mit der Raumsonde findet über die drei großen Antennenstationen des ESTRACK in Spanien, Australien und Argentinien statt. Laut ESA sei das Manöver nicht frei von Risiken. 38 Minuten vor der größten Annäherung an den Mond um 23:16 Uhr MESZ am Dienstag wird JUICE den Mondschatten durchqueren und eine halbe Stunde lang keinen Kontakt zur Erde haben.

Bonus: Hochaufgelöste Bilder vom Mond und der Erde…
Der Nutzen für die Wissenschaft bei diesem doppelten Nahvorbeiflug sind Messungen mit den zehn Instrumenten an Bord von JUICE, die eigentlich für ihren Einsatz bei den Vorbeiflügen an den drei großen Eismonden des Jupiter entwickelt wurden. Sie werden allesamt über der Mondoberfläche und die meisten auch wieder 24 Stunden später bei der Passage über die Erde angeschaltet sein und Daten aufzeichnen. Diese physikalischen Messungen und Aufnahmen mit den bildgebenden Experimenten dienen zuvorderst einer Überprüfung der Funktionsfähigkeit nach dem Start und der 16-monatigen Exponiertheit gegenüber dem Weltall seither, sowie der Eichung der Sensoren.

Während des Mondvorbeiflugs nähert sich JUICE der Mondoberfläche bis auf 750 Kilometer. Die JANUS-Kamera wird nicht genau senkrecht auf die Mondoberfläche gerichtet sein, dennoch wird die beste Auflösung etwa 13 Meter pro Bildpunkt betragen. Das letzte Bild beim Abflug vom Mond wird aus 2.800 Kilometern aufgenommen und immer noch 42 Meter pro Pixel auflösen. Die fotografierten Regionen liegen auf einem schmalen Streifen entlang des Äquators sowohl auf der Mondrückseite wie auch auf der wegen des Vollmondes vollständig beleuchteten Vorderseite. Die Aufnahmen von der Erde werden wegen der größeren Überflughöhe Auflösungen zwischen 125 Metern – allerdings über dem Ozean – und 250 Metern pro Pixel haben. Dabei werden Teile von Madagaskar, Thailand, Kambodscha, den Philippinen und Hawaii aufgenommen werden.

Das DLR ist mit „anderthalb“ Hardwarebeiträgen an der Instrumentierung der Mission beteiligt. Beim Kamerasystem JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator; lateinisch für „Jupiter, seine Liebschaften und Sprösslinge, von allen Seiten erforscht“), das in Italien von der Firma Leonardo S.p.A. entwickelt und gebaut wurde, steuerte das DLR-Institut für Planetenforschung mehrerer Hardware-Komponenten bei. Das JANUS-Wissenschaftsteam wird von Pasquale Palumbo am Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Rom und Ganna Portyankina vom DLR-Institut für Planetenforschung geleitet. Aufnahmeplanung, Betrieb der Kamera, Datenverarbeitung und wissenschaftliche Auswertung werden zur Optimierung der Ergebnisse zwischen den beiden Einrichtungen aufgeteilt.

… und ein topographisches Profil vom Mond
Deutschland ist ferner mit dem Laser-Altimeter GALA (Ganymede Laser Altimeter) auf der Mission vertreten. Dieses ist gemeinsam mit der deutschen Industrie sowie Beiträgen aus Japan, Spanien und der Schweiz und unter der Leitung des Principal Investigator (PI) Hauke Hußmann im DLR-Institut für Planetenforschung entstanden. GALA sendet 30 Laserpulse pro Sekunde auf feste Oberflächen und misst die Zeit, bis der reflektierte Laserpuls im Teleskop des Instruments wieder ankommt. So können mit Millionen Messpunkten die Höhen und Tiefen, also die Topographie und Form eines planetaren Körpers erfasst werden. GALA wird im Jupitersystem zunächst Höhenprofile der Monde Callisto und Europa aufzeichnen, vor allem aber im späteren Missisonsverlauf aus der Umlaufbahn um Ganymed eine globale topographische Karte und die Verformung des Mondes durch Gezeitenkräfte erfassen, um die Existenz oder Nicht-Existenz eines Ozeans unter der Eiskruste von Ganymed zu überprüfen.

GALA wird beim ersten Teil des Mond-Erde-Manövers Messungen machen und während der nahen Passage am Erdtrabanten eingeschaltet sein. Die Messentfernung zum Mond von 850 bis 1.200 Kilometern über der Oberfläche ermöglicht Entfernungsbestimmungen und wird zum Test und zur Eichung des Instruments genutzt. Beim Vorbeiflug von JUICE an der Erde sind die Entfernungen für gute Messungen zu groß. Die GALA-Kommandosequenz für den Mondvorbeiflug wurde Anfang August an die ESA übermittelt. Innerhalb weniger Minuten nach der größten Annäherung an den Mond wird GALA Entfernungsmessungen mit einer Schussfrequenz von 30 Pulsen pro Sekunde vornehmen, um eine Bodenspur auf der Mondoberfläche in einer Mindesthöhe von etwa 850 Kilometer zu erhalten

Diese „Generalprobe“ für die Ganymed-Messungen wird zur Kalibrierung der verschiedenen Einstellungen des Instruments und zur Überprüfung der Leistung sowie des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses genutzt. Der Mondvorbeiflug ist die einzige Gelegenheit für diese Messungen vor dem Eintritt in die Jupiterumlaufbahn im Jahr 2031. Das GALA-Team hat die Messkampagne am Mond im Vorfeld simuliert und geht davon aus, dass das Signal mit zunehmender Entfernung zwar schwächer wird, aber trotzdem ein Bodenprofil mit topografischen Messungen der Mondoberfläche aufgezeichnet werden kann.

Geplant ist ferner, dass gemeinsam mit dem JANUS-Team auch eine Kalibrierung der genauen geometrischen Ausrichtung von GALA durchgeführt wird. Die JUICE-Kamera wird dabei versuchen, während des Flugs über die nicht von der Sonne beschienene Mondhemisphäre die von GALA auf den Mond „geschossenen“ Laserpulse in Langzeitbelichtungen aufzunehmen. Da beide Instrumente, GALA und JANUS, auf ihrer „optischen Bank“ exakt in die gleiche Richtung blicken, würden geringfügige Abweichungen in den Aufzeichnungen der GALA-Laserpulse auf einem bestimmten Pixel des JANUS-Bildsensors die geometrische Kalibration für den Einsatz am Jupitermond Ganymed verbessern. Wegen des zu erwartenden Streulichts an der Tag-Nacht-Grenze auf dem Mond ist allerdings nicht gewährleistet, dass dieses Experiment die erhofften Daten liefern wird.

Mit einem Fünftel ist Deutschland an JUICE beteiligt
Deutschland ist an der JUICE-Mission maßgeblich beteiligt. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR unterstützt JUICE, indem sie den größten Einzelbeitrag eines ESA-Mitgliedslandes – rund 21 Prozent – zur Mission beisteuert. Diese Mittel sind Teil der Finanzierung der Entwicklung der Raumsonde, des Starts mit einer Ariane-5-Trägerrakete und des Missionsbetriebs. Zusätzlich fließen rund 100 Millionen Euro in die deutschen Beiträge an sieben von insgesamt zehn wissenschaftlichen Instrumenten und einem Experiment auf der Raumsonde:

• Der Laser-Höhenmesser GALA entstand in Verantwortung des DLR-Instituts für Planetenforschung in Berlin,
• bei der Kamera JANUS war das DLR-Institut für Planetenforschung Teil des italienisch geführten Konsortiums,
• das Instrument SWI (Submillimetre Wave Instrument) entstand unter Führung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen.
• PEP (Particle Environment Package) ist ein Spektrometer zur Messung neutraler und geladener Teilchen im Jupitersystem (MPS, Göttingen),
• J-MAG (Magnetometer for JUICE) ist ein Magnetometer zur Charakterisierung der Magnetfelder von Jupiter und Ganymed und zur Untersuchung der Ozeane der Eismonde (Technische Universität Braunschweig),
• das Radar-Instrument RIME (Radar for Icy Moons Exploration) soll die Struktur der Eismonde bis in neun Kilometer Tiefe untersuchen (Technische Universität Dresden),
• 3GM (Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons) ist ein Radiowellen-Experiment mit Ka-Transponder und ultrastabilem Oszillator zur Bestimmung der Schwerefelder und Atmosphären von Jupiter und seinen Monden (RIU, Universität zu Köln).

Zudem gibt es das Experiment PRIDE (Planetary Radio Interferometer & Doppler Experiment), das kein Instrument an sich ist, sondern für Messungen die Funkverbindung der Hauptantenne mit der Erde nutzt. Ferner bestehen auch weitere wissenschaftliche Kooperationen, so beim Instrument MAJIS (Moons and Jupiter Imaging Spectrometer) durch das MPS.

Swing-by- oder Gravity-Assist-Manöver
Die Veränderung von Bahn und Geschwindigkeit von Raumsonden durch nahe Planeten- und in diesem Falle auch Mondvorbeiflügen beruht darauf, dass Raumsonden im Vergleich zu diesen Körpern eine sehr, sehr viel geringere Masse haben. Dabei kommt es im Prinzip zu einer „Schwerkraftumlenkung“.

Wenn sich die Sonde dem großen Himmelskörper annähert und sich durch dessen Schwerefeld bewegt, wird sie durch dessen Anziehungskraft abgelenkt. Wenn sie sich dabei zu schnell durch das Gravitationsfeld bewegt, passiert so gut wie nichts, ist sie zu langsam, wird sie so stark angezogen, dass sie auf den Himmelskörper stürzt. Es ist also höchste Präzision bei der Berechnung von Geschwindigkeit und der geplanten Höhe der Passage erforderlich – was in der Raumfahrt immer der Fall ist.

Während des Nahvorbeiflugs wird die Sonde zunächst beschleunigt, um beim Verlassen durch die Gravitation aber wieder abgebremst zu werden. Aus Sicht des Himmelskörpers hat sie danach wieder die gleiche Geschwindigkeit wie zuvor. Die Bahnenergie in Relation zum Himmelskörper bleibt konstant. Verändert wird jedoch die Richtung des Geschwindigkeitsvektors.

Weil sich Raumsonde und Himmelskörper gemeinsam um die Sonne bewegen („heliozentrischer Orbit“) verändert sich jedoch der Betrag der vektoriellen Summe der Geschwindigkeit von Planet und Sonde um die Sonne. Die Raumsonde wird also, wenn sie hinter dem Himmelkörper vorbeigelenkt wird, hinsichtlich der Sonne schneller oder, wie beim LEGA-Manöver von JUICE, wenn sie vor dem Himmelskörper vorbeifliegt, langsamer. Der große (Mond, Erde) und der kleine Himmelskörper (Sonde) tauschen also Bewegungsenergie miteinander aus. Dabei verändert sich natürlich auch die Bewegungsenergie des großen Himmelskörpers – allerdings um einen nicht messbaren winzigen Betrag. Gelegentlich werden diese Manöver auch mit zusätzlichem Schub von Triebwerken der Sonden kombiniert.

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

Der Beitrag DLR: Auf dem Weg zum Jupiter erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Der Beitrag Europäische Raumsonde ist bereit für den Start am 13. April 2023: JUICE – eine beispiellose Reise zum Jupiter erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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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Der Beitrag Jupitermond-Mission: Auf Ozeansuche mit Technologie aus Braunschweig erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Der Beitrag Die Raumsonde JUICE auf ihrem Weg zum europäischen Weltraumbahnhof erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.

Am 28. März 2015 erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 17:41 MEZ erneut die Apoapsis – den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystem. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 3,16 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 215. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von lediglich 0,3 Grad auf. Aufgrund dieser geringen Neigung der Flugbahn der Raumsonde gegenüber der Ringebene kann gegenwärtig speziell das vertikale Strukturprofil der verschiedenen Ringe des Saturn näher untersucht werden.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Cassini, sind während dieses 28 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 214“ lautet, insgesamt 53 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Zusätzlich stehen auch mehrere der insgesamt 62 bisher bekannten Saturnmonde auf dem Beobachtungsprogramm der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler.
Das erste Beobachtungsziel: Der Mond Iapetus
Das erste Beobachtungsziel der ISS-Kamera wird dann auch gleich der Saturnmond Iapetus sein. Zwischen dem 29. März und dem 1. April soll dabei speziell die nördliche Hemisphäre dieses im Mittel 1.436 Kilometer durchmessenden Saturnmondes aus einer Entfernung von rund 980.000 Kilometern abgebildet werden. Die dabei anzufertigenden Aufnahmen sollen dazu dienen, die Charakterisierung von dessen zweigeteilter Oberfläche und einem der markantesten Merkmale von Iapetus – einem rund 1.300 Kilometer langen, etwa 20 Kilometer breiten und bis zu 13 Kilometer hohen Bergrücken – zu vervollständigen.

Der Mond Paaliaq
Ab dem 2. April wird sich die ISS-Kamera schließlich auf einen der kleineren, äußeren Saturnmonde – den Mond Paaliaq – richten. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 21,3 mag handelt es sich bei diesem rund 22 Kilometer durchmessenden und erst im Jahr 2000 entdeckten Mond um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist.

Im Rahmen dieser knapp 40 Stunden andauernden Kampagne soll Paaliaq aus einer Entfernung von etwa 9,63 Millionen Kilometern mehrfach mit der ISS-Kamera abgebildet werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen wollen die beteiligten Wissenschaftler die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse noch besser als bisher bestimmen. Die bisherige Messungen von Cassini führten zu dem Resultat, dass Paaliaq für eine vollständige Drehung um seine Rotationsachse einen Zeitraum von etwa 18 Stunden und 49 Minuten benötigt. Weitere Paaliaq-Beobachtungskampagnen sollen am 10., am 12. und am 23. April erfolgen und die zuvor gewonnenen Daten ergänzen. Die aussagekräftigsten Resultate werden dabei für den 12. April erwartet, wenn sich Cassini in einer Entfernung von lediglich etwa 6,78 Millionen Kiometern zu diesem Mond befinden wird.

Der Mond Titan
Die ISS-Beobachtungen des 4. April werden zuerst den Mond Titan zum Ziel haben. Mit einem Durchmesser von 5.150 Kilometern handelt es sich bei diesem bereits im Jahr 1655 durch den niederländischen Astronomen Christiaan Huygens entdeckten Mond um den größten und mit Abstand massereichsten der 62 bisher bekannten Monde des Planeten Saturn und – nach dem Jupitermond Ganymed – zugleich um den zweitgrößten Mond innerhalb unseres Sonnensystems. Der Titan ist zudem als einziger Mond in unserem Sonnensystem von einer dichten Atmosphäre umgeben. Diese Gashülle besteht hauptsächlich aus Stickstoff, welcher dort mit einem Anteil von rund 98,4 Prozent vertreten ist. Neben dem Edelgas Argon und der Kohlenwasserstoffverbindung Methan konnten dort in der Vergangenheit zudem mehr als ein Dutzend weitere organischer Verbindungen wie zum Beispiel Ethan, Propan und Cyanwasserstoff nachgewiesen werden.

Diese den Titan umgebende Lufthülle, deren gesamte Masse etwa 1,19 mal größer ausfällt als die Gesamtmasse der Erdatmosphäre, erreicht eine Höhe von mehreren hundert Kilometern und ist mit Wolken, Dunstschleiern und Aerosolen durchsetzt. Nahe der Oberfläche fällt die Atmosphäre des Titan etwa fünfmal dichter aus als auf unserem Heimatplaneten und erreicht dort einen Atmosphärendruck von 1,5 bar, was einen etwa 50 Prozent höheren Wert als auf der Erde darstellt. Die am 4. April aus einer Entfernung von etwa 1,52 Millionen Kilometern anzufertigenden Aufnahmen dienen dabei in erster Linie der Beobachtung der in der Titanatmosphäre vorhandenen Dunstschichten und Aerosole. Zwischen dem 5. und dem 19. April sind acht weitere Titan-Beobachtungskampagnen vorgesehen.

Allgemeine astrometrische Beobachtungen

Ebenfalls noch für den 4. April sind zudem diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde geplant. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Parameter von deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Derartige Messungen sind unter anderem dazu dienlich, um den Masseschwerpunkt innerhalb des komplexen Saturnsystems zu ermitteln und fortlaufend zu präzisieren. Zwischen dem 5. und dem 19. April sollen drei weitere astrometrische Beobachtungskampagnen durchgeführt werden.

Wetterbeobachtung auf dem Saturn
Eine weitere für den 4. April vorgesehene Beobachtungskampagne hat schließlich direkt den ‚Ringplaneten‘ Saturn zum Ziel. Hierbei soll die Weitwinkelkamera des ISS-Instruments den Saturn abbilden und dabei nach markanten Wolkenformationen in dessen Atmosphäre Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von Wolkenstrukturen und kleineren Sturmgebieten und deren Positionsveränderungen lassen sich zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig in der Saturnatmosphäre vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen.

In Kombination mit früheren und zukünftigen Beobachtungen dieser langfristig angelegten ‚Sturmbeobachtungskampagne‘ lässt sich durch derartige Aufnahmen die allgemeine ‚Großwetterlage‘ auf dem Saturn dokumentieren, welche sich aufgrund der Bewegung des Planeten um die Sonne und der dabei auftretenden Jahreszeiten in einem etwa 30 Jahre dauernden Rhythmus kontinuierlich verändert (Raumfahrer.net berichtete). Bis zum Ende des jetzt beginnenden Saturnumlaufs sind 18 weitere derartige Beobachtungen vorgesehen.

Der E-Ring des Saturn und Polarlichter
Am 5. April wird die Raumsonde Cassini nach einer zwischenzeitlichen kurzen Beobachtung einer engen Begegnung der Saturnmonde Tethys und Dione im Rahmen einer 24 Stunden andauernden Beobachtung Teilbereiche des diffusen E-Rings des Saturn abbilden, welcher sich in erster Linie aus Staubpartikeln und Eis zusammensetzt. Gespeist wird dieser Ring in erster Linie durch Material, welches durch die kryovulkanische Aktivität des Saturnmondes Enceladus in das Weltall befördert wird (Raumfahrer.net berichtete). Durch die bei diesen Beobachtungen gegebenen Beleuchtungsverhältnisse lassen sich speziell die in dem Ring enthaltenen Staubteilchen besonders gut untersuchen.

Am 9. April wird sich die ISS-Kamera auf die südliche Hemisphäre des Saturn richten und in Zusammenarbeit mit einem weiteren Instrument, dem Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dort eventuell zu diesem Zeitpunkt auftretende Polarlichter abbilden.

Periapsis
Am 11. April 2015 wird Cassini schließlich um 19:09 MESZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 215, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 276.500 Kilometern zwischen den Umlaufbahnen der beiden Monde Tethys und Dione passieren, welche sich zu diesem Zeitpunkt auch zufällig in der ‚Reichweite‘ der Raumsonde befinden werden.

Lediglich 49 Minuten nach dem Passieren der Periapsis wird die Raumsonde den 1.062 Kilometer durchmessenden Mond Tethys im Rahmen eines nicht zielgerichteten Vorbeifluges in einer Entfernung von 52.866 Kilometern passieren und dabei dessen von dem Saturn abgewandte Hemisphäre intensiv mit der ISS-Kamera abbilden. Die am höchsten aufgelösten Aufnahmen werden dabei die Umgebung des etwa 208 Kilometer durchmessenden Penelope-Kraters wiedergeben. Im Anschluss an die Tethys-Kampagne soll auch der 1.123 Kilometer durchmessende Mond Dione aus einer Entfernung von rund 110.000 Kilometern fotografisch dokumentiert werden.

Der Abschluss des Orbits Nummer 215
Während der letzten Tage des heute beginnenden Saturnumlaufs Nummer 215 wird sich das Interesse der an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler wieder vermehrt auf den E-Ring richten. Zunächst sollen am 13. und 14. April mehrere Aufnahmen der Südpolregion des Mondes Enceladus erfolgen, welcher – wie bereits weiter oben in diesem Bericht erwähnt – als Hauptmateriallieferant für die dort befindlichen Partikel gilt. Auch dieser Ring soll schließlich am 16. April erneut intensiv fotografisch dokumentiert werden. Aufgrund der aktuell gegebenen geringen Inklination der Flugbahn der Raumsonde von lediglich 0,3 Grad gegenüber der Ringebene kann dabei speziell das vertikale Strukturprofil des E-Ringes näher untersucht werden.
Am 24. April steht ein weiterer der kleineren, äußeren Saturnmonde – der rund sechs Kilometer durchmessende, lediglich 24,1 mag helle und erst im Jahr 2005 entdeckte Mond Bebhionn – auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Im Rahmen dieser 24 Stunden andauernden Kampagne soll Bebhionn aus einer Entfernung von etwa 10 Millionen Kilometern mehrfach abgebildet werden, um auch hier anhand der Helligkeitsveränderungen in der sich dabei ergebenden Lichtkurve die Dauer von dessen Rotationsperiode sowie die Ausrichtung der Rotationsachse zu ermitteln. Bisherige Cassini-Beobachtungen deuten bei diesem Mond auf eine Rotationsperiode von etwa 15,8 Stunden hin.

Am 25. April 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 19:46 MESZ in einer Entfernung von rund 3,2 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 215. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 216 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 8. Mai 2015 in einer Entfernung von rund 2.700 Kilometern passiert werden soll.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC. Nach dem derzeitigen Planungsstand soll Cassini den Saturn noch bis zum Jahr 2017 erkunden und am 15. September 2017 aufgrund des dann nahezu komplett aufgebrauchten Treibstoffvorrates kontrolliert in der Atmosphäre des Ringplaneten zum Absturz gebracht werden (Raumfahrer.net berichtete).

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Verwandte Internetseiten:

• Cassini-Huygens Sonderseite
• Cassini-Huygens Newsarchiv
• CICLOPS (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: CICLOPS, JPL, The Planetary Society.

Am 19. Januar 2014 wird die Raumsonde Cassini um 11:10 MEZ auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems erreichen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 2,72 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und beginnt damit zugleich ihren mittlerweile 202. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini eine Inklination von 50,1 Grad auf.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Cassini, sind während des diesmal 32 Tage andauernden Umlaufs – dieser trägt die Bezeichnung „Rev 201“ – insgesamt 51 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt der Beobachtungen stellt jedoch ein für den 2. Februar 2014 vorgesehener gesteuerter Vorbeiflug am größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Die ersten Beobachtungen der ISS-Kamera werden bereits am 20. Januar erfolgen und den Saturn zum Ziel haben. Mittels der dabei geplanten Abbildungen der Saturnatmosphäre durch die WAC-Kamera, welche Bestandteil einer langfristig ausgelegten „Sturmbeobachtungskampagne“ sind, sollen erneut aktuelle Daten über das dortige Wettergeschehen gesammelt werden. Durch die Beobachtung von kleineren Sturmgebieten und markanten Wolkenformationen in den Atmosphären des Saturn lassen sich zum Beispiel Aussagen über die dort gegenwärtig vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen. Bis zum 19. Februar sind insgesamt 19 weitere vergleichbare Beobachtungen vorgesehen.

Der B-Ring des Saturn
Unmittelbar nach der Beendigung der ersten Sturmbeobachtungskampagne ist Cassini so im Raum positioniert, dass die ISS-Kamera direkt auf den B-Ring des Saturn zeigt. Aus den Aufnahmen der Kamera wollen die beteiligten Wissenschaftler kurze Videosequenzen erstellen, auf denen die im B-Ring angeordneten Speichenformationen erkennbar sind. Diese Strukturen wurden erstmals auf den Aufnahmen der Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 ausgemacht, welche den Saturn bereits Anfang der 1980er Jahre passierten. Diese auf Fotoaufnahme in hellen Farben erkennbaren Speichen sind im Durchschnitt lediglich etwa 100 Kilometer breit und erstrecken sich radial über eine Strecke von bis zu 20.000 Kilometer in das Ringsystem hinein.

Bei diesen „Speichen“ handelt es sich um vorübergehend auftretende Erscheinungen, welche sich üblicherweise innerhalb von wenigen Stunden ausbilden und dann wieder auflösen. Die Planetenforscher sind sich mittlerweile nahezu sicher, dass diese Speichenstrukturen durch elektrisch aufgeladene Staubpartikel verursacht werden, welcher durch elektrischen Abstoßungskräfte vorübergehend aus dem B-Ring herausgedrückt werden. Es wird vermutet, dass die Speichen ein saisonales Phänome darstellen, welche sich nur zu bestimmten Zeiten während eines knapp 30 Jahre andauernden Saturnjahres bilden. Mit dem weiteren Fortschreiten der Jahreszeiten auf dem Saturn und dem Einsetzen des Sommers auf der nördlichen Planetenhemisphäre, so die Prognose der Wissenschaftler, sollten sie dann nicht mehr auftreten. Bis zur Vollendung des jetzt beginnenden Saturnumlaufs sind vier weitere solcher Beobachtungssequenzen vorgesehen.

Mondbeobachtungen und eine Sternbedeckung
Am 22. Januar steht eine Sternbedeckung auf dem Beobachtungsprogramm von Cassini, wobei neben der ISS-Kamera auch eines der Spektrometer der Raumsonde, das Visual and Infrared Spectrometer (VIMS), zum Einsatz kommen wird. Bei dieser Okkultation wird der halbregelmäßig veränderliche Riesenstern L2 Puppis von Teilen des Ringsystems des Saturn bedeckt. Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in der Lichtkurve von L2 Puppis erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche den Stern bei dieser Okkultation bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können hierbei eventuelle Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch erst kürzlich erfolgte „Einschläge“ von Meteoroiden verursacht wurden.

Am darauffolgenden Tag sollen erneut mehrere der kleineren, inneren Saturnmonde im Rahmen sogenannter astrometrischer Beobachtungen abgebildet werden. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Vier weitere Astrometrie-Kampagnen sollen zwischen dem 26. Januar und dem 18. Februar durchgeführt werden.

Am 26. und 27. Januar wird die ISS-Kamera mehrfach die Saturnmonde Titan und Aegaeon – letzterer wird als eine der Materialquellen für den G-Ring des Saturn angesehen (Raumfahrer.net berichtete) – abbilden. Für den 29. Januar vorgesehene Kameraaufnahmen werden Teilbereiche des F-Ringes des Saturn zum Ziel haben. Bei dieser Beobachtungssequenz gilt das wissenschaftliche Interesse speziell den diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe sowie deren Interaktion mit den in der Nähe befindlichen Monden. Vorherige Beobachtungen führten zu dem Schluss, dass in erster Linie gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Struktur und Form des F-Ringes gestalten. Speziell die gravitativen Einflüsse dieser beiden als Schäfermonde fungierenden Monde sind für die Ausbildung der beobachteten Wellenstrukturen des F-Ringes verantwortlich.

Der Titan-Vorbeiflug T-98
Am 2. Februar steht schließlich der Höhepunkt dieses 202. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 20:13 MEZ wird die Raumsonde den Saturnmond Titan im Rahmen eines gerichteten Vorbeifluges in einer Entfernung von 1.235 Kilometern mit einer Geschwindigkeit von 5,9 Kilometern pro Sekunde passieren. Die mit diesem 99. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-98“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits rund 36 Stunden früher. Hierbei wird die ISS-Kamera vier Wolkenbeobachtungskampagnen durchführen, mit denen – vergleichbar mit den „Sturmbeobachtungskampagnen“ beim Saturn – aktuelle Daten über das gegenwärtige Wettergeschehen in der Titanatmosphäre gesammelt werden sollen.

Ab den Morgenstunden des 2. Februar soll neben der ISS-Kamera zunächst ein weiteres Instrument des Saturnorbiters, das Composite Infrared Spectrometer (CIRS), dazu genutzt werden, um diverse Scans von der Nachtseite des Titan durchzuführen. Das Ziel dieser Messungen besteht darin, die zu diesem Zeitpunkt in der Stratosphäre der Titanatmosphäre vorherrschenden Temperaturen zu ermitteln. Mit fortschreitender Annäherung an den Saturnmond soll das CIRS durch Abtastungen, welche im mittleren Infrarotbereich erfolgen, zudem die Verteilung von Aerosolen und verschiedener chemischer Verbindungen in den oberen Schichten der Titanatmosphäre bestimmen.

Während der Phase der dichtesten Annäherung an des Titan wird schließlich das RADAR-Instrument von Cassini über einen Zeitraum von 12 Stunden die Beobachtungsabläufe dominieren. Durch Scatterometrie- und Radiometriemessungen soll das RADAR weite Bereiche der in diesem Zeitraum zugänglichen Titanoberfläche abtasten und dadurch weitere Daten über die Gestalt und die Zusammensetzung der Oberfläche sammeln. Durch Beobachtungen im Synthetic Aperture Radar-Modus sollen zudem gezielt verschiedene Oberflächenformationen wie das Dünenfeld Shangri La, die Dilmun-Region oder der Selk-Krater in hoher Auflösung abgebildet werden.

Einige der so gewonnenen Daten, welche die Region um den mit Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten See Ontario Lacus wiedergeben, sollen mit zukünftigen RADAR-Bildern kombiniert werden und die dortige Landschaft in Stereobildern wiedergeben. Das hierfür benötigte Daten-Set soll während des nächsten Vorbeifluges am Titan – das entsprechende Manöver „T-99“ erfolgt am 6. März 2014 – angefertigt werden. Etwa sechs Stunden nach der dichtesten Annäherung wird wieder das CIRS-Spektrometer aktiviert, um weitere Daten über die Temperatur und Zusammensetzung der Titanatmosphäre zu sammeln. Im Gegensatz zu den Scans während der Annäherungsphase wird hierbei allerdings die Südpolregion des Titan das Zielgebiet der Messungen sein.

Periapsis

Am 4. Februar wird Cassini um 19:12 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 202 erreichen und den Planeten in einer Entfernung von etwa 920.000 Kilometern passieren. Etwa vier Stunden später wird die ISS-Kamera Teile des A-Ringes abbilden. Hierbei sollen unter anderem zum wiederholten Mal sogenannte „Propellerstrukturen“ dokumentiert werden. Bei diesen lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine „Hohlräume“ innerhalb des Ringsystems, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige Dutzend Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannten Moonlets – verursacht werden (Raumfahrer.net berichtete). Durch die anzufertigenden Aufnahmen des A-Ringes sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Moonlets noch weiter verfeinert werden.

Auch in den darauf folgenden Tagen wird sich die Raumsonde in erster Linie auf die Ringe des Saturn konzentrieren. In Zusammenarbeit mit dem VIMS-Spektrometer wird die ISS-Kamera dabei unter anderem den Schattenwurf des Saturn auf dessen Hauptringe dokumentieren sowie Teilbereiche der Ringe „A“, „D“ und „F“ unter unterschiedlichen Beleuchtungsverhältnissen abbilden. Weitere Beobachtungen werden die Roche-Teilung zum Ziel haben, welche den A-Ring von dem F-Ring trennt. Zudem soll ebenfalls am 4. Februar eine weitere Sternbedeckung beobachtet werden. Hierbei wird der Stern Gamma Eridani von den Ringen bedeckt.

Am 20. Februar 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 17:45 MEZ in einer Entfernung von rund 2,9 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 202. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 203 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie verschiedener Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 6. März 2014 in einer Entfernung von rund 1.500 Kilometern passiert werden wird.

Die Mission Cassini-Huygens ist ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, der europäischen Weltraumagentur ESA und der italienischen Weltraumagentur ASI. Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech), leitet die Mission im Auftrag des Direktorats für wissenschaftliche Missionen der NASA in Washington, DC. Nach dem derzeitigen Planungsstand soll Cassini den Saturn noch bis zum Jahr 2017 erkunden und am 15. September 2017 aufgrund des dann nahezu komplett aufgebrauchten Treibstoffvorrates kontrolliert in der Atmosphäre des Ringplaneten zum Absturz gebracht werden.

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Ein Beitrag von rainergerhards. Quelle: NASA (JPL/SSI).

Diese Entdeckung hilft, das Verständnis von der Entstehung des Ringsystems zu verbessern. Wissenschaftler hatten bereits erwartet, dass Meteoriteneinschläge auf Janus und Epimetheus Material von diesen Monden absprengen und in eine Umlaufbahn um Saturn bringen. Sie waren aber überrascht, eine solch wohl definierte Ringstruktur vorzufinden.
Die Beobachtung wurde möglich durch eine ungewöhnlich lange Verdeckung der Sonne durch Saturn. Dabei steht der Saturn zwischen Cassini und der Sonne. Cassini befindet sich somit im Saturn-Schatten. Die Ringe werden von hinten beleuchtet, was die Wahrnehmung von feineren Details ermöglicht. Cassini führt regelmäßig Beobachtungen während solcher Verdeckungen durch. Diese dauern normalerweise ca. eine Stunde. Diesmal war es ein zwölfstündiger Verdeckungsmarathon.

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