Quelle: NASA, JPL, SWRI, 12. Dezember 2024.

12. Dezember 2024 – Wissenschaftler der NASA-Mission Juno am Jupiter haben entdeckt, dass die Vulkane auf dem Jupitermond Io wahrscheinlich jeweils von einer eigenen Kammer mit heißem Magma gespeist werden und nicht von einem Ozean aus Magma. Diese Entdeckung löst ein 44 Jahre altes Rätsel über die unterirdischen Ursprünge der auffälligsten geologischen Merkmale des Mondes.

Ein Artikel über den Ursprung des Vulkanismus auf Io wurde am Donnerstag, dem 12. Dezember, in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht, und die Ergebnisse sowie weitere wissenschaftliche Erkenntnisse über Io wurden während einer Pressekonferenz in Washington auf der Jahrestagung der American Geophysical Union, der größten Versammlung von Erd- und Weltraumwissenschaftlern des Landes, diskutiert.

Io ist etwa so groß wie der Erdmond und gilt als der vulkanisch aktivste Körper in unserem Sonnensystem. Der Mond beherbergt schätzungsweise 400 Vulkane, die in scheinbar ununterbrochenen Eruptionen Lava und Rauchfahnen ausstoßen, die zur Bedeckung der Mondoberfläche beitragen.

Obwohl der Mond am 8. Januar 1610 von Galileo Galilei entdeckt wurde, wurde vulkanische Aktivität dort erst 1979 entdeckt, als die Bildwissenschaftlerin Linda Morabito vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien zum ersten Mal eine Vulkanfahne auf einem Bild der Raumsonde Voyager 1 der Agentur identifizierte.

„Seit Morabitos Entdeckung haben sich die Planetenforscher gefragt, wie die Vulkane von der Lava unter der Oberfläche gespeist werden“, so Scott Bolton, leitender Forscher von Juno am Southwest Research Institute in San Antonio. „Gab es einen flachen Ozean aus weißglühendem Magma, der die Vulkane speiste, oder war ihre Quelle eher lokal begrenzt? Wir wussten, dass die Daten der beiden sehr nahen Vorbeiflüge von Juno uns Aufschluss über die Funktionsweise dieses geplagten Mondes geben könnten.“

Die Raumsonde Juno flog im Dezember 2023 und im Februar 2024 extrem nah an Io vorbei und kam dabei bis auf etwa 1.500 Kilometer an die Oberfläche des pizzaähnlichen Mondes heran. Während dieser Annäherungen kommunizierte Juno mit dem Deep Space Network der NASA und sammelte hochpräzise Doppler-Daten, die zur Messung der Schwerkraft von Io verwendet wurden, indem man verfolgte, wie diese die Beschleunigung der Sonde beeinflusste. Was die Mission bei diesen Vorbeiflügen über die Schwerkraft des Mondes erfuhr, führte zu der neuen Veröffentlichung, da sie mehr Details über die Auswirkungen eines Phänomens namens Tidal Flexing enthüllte.

Prinz der jovianischen Gezeiten

Io ist dem Riesen Jupiter extrem nahe, und seine elliptische Umlaufbahn lässt ihn alle 42,5 Stunden einmal um den Gasriesen herumschwingen. Mit der Entfernung ändert sich auch die Anziehungskraft des Jupiters, was dazu führt, dass der Mond unaufhörlich gequetscht wird. Das Ergebnis: ein extremer Fall von Gezeitenbiegung – Reibung durch Gezeitenkräfte, die im Inneren Wärme erzeugt.

„Diese ständige Verformung erzeugt immense Energie, die Teile des Inneren von Io buchstäblich zum Schmelzen bringt“, so Bolton. „Wenn Io einen globalen Magma-Ozean hat, wussten wir, dass die Signatur seiner Gezeitenverformung viel größer sein würde als bei einem starren, überwiegend festen Inneren. Abhängig von den Ergebnissen der Juno-Sondierung des Schwerefelds von Io könnten wir also feststellen, ob sich unter der Oberfläche ein globaler Magmaozean verbirgt.“

Das Juno-Team verglich die Doppler-Daten der beiden Vorbeiflüge mit den Beobachtungen früherer Missionen der Agentur zum Jupitersystem und von Bodenteleskopen. Sie fanden Gezeitendeformationen, die darauf schließen lassen, dass es auf Io keinen flachen globalen Magmaozean gibt.

„Die Entdeckung von Juno, dass die Gezeitenkräfte nicht immer einen globalen Magmaozean erzeugen, veranlasst uns nicht nur dazu, unser Wissen über das Innere von Io zu überdenken“, sagte der Hauptautor Ryan Park, ein Juno-Ko-Investigator und Leiter der Solar System Dynamics Group am JPL. „Es hat Auswirkungen auf unser Verständnis anderer Monde, wie Enceladus und Europa, und sogar auf Exoplaneten und Supererden. Unsere neuen Erkenntnisse bieten die Möglichkeit, unser Wissen über die Entstehung und Entwicklung von Planeten zu überdenken.“

Es gibt noch mehr Wissenschaft am Horizont. Am 24. November unternahm die Sonde ihren 66. wissenschaftlichen Vorbeiflug an den geheimnisvollen Wolken des Jupiters. Die nächste Annäherung an den Gasriesen wird am 27. Dezember um 12:22 Uhr EST stattfinden. Zum Zeitpunkt des Vorbeiflugs, wenn Junos Umlaufbahn dem Zentrum des Planeten am nächsten ist, wird sich die Sonde etwa 3.500 Kilometer (2.175 Meilen) über den Wolken des Jupiters befinden und seit ihrem Eintritt in die Umlaufbahn des Gasriesen im Jahr 2016 645,7 Millionen Meilen (1,039 Milliarden Kilometer) zurückgelegt haben.

Mehr über Juno

JPL, eine Abteilung des Caltech in Pasadena, Kalifornien, leitet die Juno-Mission im Auftrag des Hauptforschers Scott Bolton vom Southwest Research Institute in San Antonio. Juno ist Teil des NASA-Programms New Frontiers, das vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, für das Science Mission Directorate der Behörde in Washington geleitet wird. Die italienische Raumfahrtbehörde (ASI) hat den Jovian InfraRed Auroral Mapper finanziert. Lockheed Martin Space in Denver baute und betreibt die Sonde. Verschiedene andere Einrichtungen in den USA haben mehrere der anderen wissenschaftlichen Instrumente auf Juno zur Verfügung gestellt.

Weitere Informationen über Juno finden Sie unter: https://science.nasa.gov/mission/juno

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Juno – Mission beim Jupiter

Der Beitrag NASA-Mission Juno entdeckt den Kern der vulkanischen Wut des Jupitermonds erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Am 9. März 1979 blickte die Astronomin Linda Morabito-Kelly auf eine Aufnahme der Raumsonde Voyager 1 und traute ihren Augen nicht. Erst vier Tage zuvor war die NASA-Mission auf ihrer großen Tour durchs Planetensystem am Jupiter und seinen Monden vorbeigeflogen und hatte dabei nicht nur den Gasriesen, sondern auch seine Monde fotografiert. Als Voyager ein paar letzte Bilder aus der Ferne machte, erschien nun über dem Mond Io eine gewaltige schirmförmige Wolke.
Der Vulkanausbruch auf Io gilt bis heute als eine der überraschendsten Entdeckungen der Raumfahrtgeschichte. Sie hat gezeigt, dass der jupiternächste Mond keine lange erkaltete und verkraterte Welt ist, wie etwa der Mond der Erde. Io ist stattdessen eine Vulkan-Wunderwelt: Auf seiner Oberfläche brodeln über 250 Vulkane. Es gibt mehrere Lavaseen, von denen der größe 180 Kilometer misst. Und Aschewolken können schon mal ein Drittel seines Durchmesser überspannen.
Karl erzählt in dieser Podcastfolge, was seit 1979 über Io in Erfahrung gebracht wurde – und warum das für Planetenforscherinnen und -forscher heute immer interessanter wird: Denn die vulkanische Aktivität auf Io kann auch etwas über ferne Exoplaneten verraten und genauso über die frühe und vulkanisch aktive Geschichte der Erde und anderer unserer planetaren Nachbarn.

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

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

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• AstroGeo Podcast
• Jupitermonde

Der Beitrag AstroGeo Podcast: Vulkan-Wunderwelt – wieso brodelt Jupiters Mond Io? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 10. Juni 2024.

10. Juni 2024 – Die Orkane, die in streifenartigen Sturmbändern über den Jupiter rasen, setzen sich weit ins Innere seiner Atmosphäre fort. Erst in einer Tiefe von etwa 2000 Kilometern dürften sie abrupt abreißen, wie Forschende des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen heute bestätigen. In der Fachzeitschrift Proceedings of the National Acadamy of Sciences (PNAS) stellen sie die Ergebnisse von Computersimulationen vor, welche die extremen Eigenschaften der Jupiter-Atmosphäre erstmals realistisch berücksichtigen. Demnach ändert sich die Struktur der Atmosphäre in etwa 2000 Kilometern Tiefe grundlegend: Dort muss sich eine stabile Gasschicht erstrecken, die wie eine Art Barriere das Aufsteigen und Absinken von Material unterdrückt. Grund dafür könnte zum Beispiel sein, dass Wasserstoff und Helium, die Hauptzutaten des Jupiters, dort nicht durchmischt, sondern nach Gewicht geschichtet vorliegen.

Das äußere Erscheinungsbild des Jupiters ist geprägt von seinen markanten Jetstreams: farblich klar abgesetzten Sturmbändern, die in latitudinaler Richtung verlaufen und dem gewaltigen Gasriesen eine Art Streifenmuster verleihen. Die Windgeschwindigkeiten, mit denen die Wolken dort um den Planeten jagen, nehmen es spielend mit denen der heftigsten irdischen Orkane auf und übersteigen sie zum Teil sogar. Nur an den Polen weht mit Geschwindigkeiten von etwa 100 Kilometern pro Stunde ein deutlich ruhigeres Lüftchen. Ob die Orkane nur die oberste, etwa 50 Kilometer dicke Wolkenschicht bestimmen oder deutlich tiefer in die darunter liegende Atmosphäre reichen, ist unklar. Die aktuellen Ergebnisse der Göttinger Forscher*innen stützen nun Theorien, wonach die Winde noch tief im Innern toben, dann aber ab einer bestimmten Tiefe recht abrupt abreißen.

Junos Blick unter die Wolkenschicht
Wie es unter der Wolkenschicht des Jupiters zugeht, sollte eigentlich die amerikanische Raumsonde Juno enthüllen. Vor acht Jahren erreichte sie das Jupitersystem. Aus einer Umlaufbahn um den Gasriesen registriert die Sonde minimale Veränderungen im Schwerfeld des Planeten. Diese erlauben auch Rückschlüsse auf die strömenden Gasmassen im Innern. Doch die Interpretation der Messdaten ist knifflig. Während eine internationale Forschergruppe unter Leitung des israelischen Weizmann-Instituts für Wissenschaften 2018 vermeldete, die Winde erstreckten sich einige tausend Kilometer in die Tiefe, blieben andere Wissenschaftler*innen skeptisch. Sie argumentieren, dass die Messdaten auch mit deutlich flacheren Orkanen in Einklang zu bringen seien.

In seinen Simulationen modelliert das Göttinger Team nun das komplexe Zusammenspiel von Auftrieb sowie magnetischen und Corioliskräften in einer Schicht, die 5600 Kilometer in die Atmosphäre des Jupiters reicht, am Computer. Der Radius des Jupiters miss mehr als 70.000 Kilometer. „Der Jupiter ist ein ausgesprochen extremer Ort; selbst die Vorgänge in dieser äußeren Schicht zu simulieren, ist eine riesige Herausforderung und stellt gewaltige Anforderungen an die Rechenleistung“, so Prof. Dr. Ulrich Christensen, Emeritus-Direktor am MPS und Erstautor der neuen Studie. Zudem stelle das grundsätzliche Verständnis, wie die verschiedenen Kräfte zusammenwirken um den plötzlichen Abfall der Windgeschwindigkeiten in der Tiefe zu bewirken, eine große theoretische Herausforderung dar, erklärt der Forscher.

Wichtige physikalische Eigenschaften wie etwa elektrische Leitfähigkeit und Dichte, die sich auf die Ergebnisse der Simulationen maßgeblich auswirken, verändern sich innerhalb der Jupiter-Atmosphäre drastisch. Unter der obersten Wolkenschicht liegen Wasserstoff und Helium, die beide Hauptbestandteile des Jupiters, in gasförmigem Zustand vor. Mit zunehmender Tiefe nimmt der Druck jedoch so stark zu, dass beide Gase zunächst in den flüssigen, tiefer unten sogar in den metallischen Zustand übergehen. In einer Tiefe von 5600 Kilometern, bis zu der die MPS-Forschenden die Vorgänge simuliert haben, erreicht die elektrische Leitfähigkeit zwar nicht die Werte typischer Metalle, hat aber im Vergleich zur Wolkenschicht um mehr als das Millionenfache zugenommen. Das neu entwickelte Modell ist erstmals in der Lage dies zu berücksichtigen.

Stabile Schicht gibt Rätsel auf
Die neuen Simulationen erlauben so den bisher realistischsten „rechnerischen“ Blick in die tiefe Jupiter-Atmosphäre. Wie sich zeigt, geben die Rechnungen nur dann das Magnetfeld des Jupiters richtig wieder, wenn tief in der Atmosphäre eine stabile Schicht angenommen wird. „Die stabile Schicht dürfte in etwa 2000 Kilometern Tiefe liegen“, erklärt Dr. Paula Wulff, Ko-Autorin der neuen Veröffentlichung, die nach ihrer Promotion am MPS nun an der University of California, Los Angeles forscht. „Die Orkanwindes des Jupiters reichen bis zur oberen Grenze dieser Schicht hinunter“, so Christensen. Erst an ihrem oberen Ende brechen die tiefen Orkanwinde abrupt ab. Der Effekt dürfte in der Nähe der Pole deutlich ausgeprägter sein. Dies könnte helfen zu erklären, warum dort die Winde in der Wolkenschicht langsamer wehen.

Genaue Eigenschaften der 2000 Kilometer tiefen Schicht sind nicht bekannt. Forschende mutmaßen, dass dort Wasserstoff und Helium nach Gewicht geschichtet – also unten Helium, oben Wasserstoff – vorliegen. Eine solche Schicht würde Bewegungen wie das Aufsteigen von Material aus größerer Tiefe ebenso wie das Absinken weiter außen liegenden Materials hemmen. Einen direkten Beweis für die Grenzschicht gibt es bisher nicht. Die MPS-Forscher*innen hoffen, dass es in Zukunft möglich sein wird, mit anderen Methoden Informationen über das Innere der Atmosphäre zu sammeln. Eine Möglichkeit dazu bieten die Eigenschwingungen des Jupiters, welche die Raumsonde Juno vor zwei Jahren aufzeichnen konnte. Störungen dieser Schwingungen können verraten, was genau sich im Innern des Gasriesen abspielt – und Junos Blick ins Innere des Planeten durch eine neue Methode verfeinern.

Originalveröffentlichung
Ulrich R. Christensen, Paula N. Wulff:
Quenching of zonal winds in Jupiter’s interior,
Proceedings of the National Academy of Sciences, 10. Juli 2024
dx.doi.org/10.1073/pnas.2402859121
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2402859121

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Jupiter

Der Beitrag Jupiter: Orkane bis in 2000 Kilometern Tiefe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: NASA, Nature.

Wissenschaftler haben kleine Signaturen im Gravitationsfeld des Jupiters genutzt, um diese Fragen zu beantworten und unser Verständnis der inneren Dynamik solcher Gasriesenplaneten möglicherweise zu verändern.

Die Sonde Juno der US-amerikanischen Raumfahrtagentur NASA hat das Gravitationsfeld des Jupiter präzise gemessen. Die Daten enthüllen Details der Struktur und Dynamik des Planeteninneren. Es wurde erforscht, dass in rund 10.000 Kilometern Tiefe das mit rund zehn Prozent zweithäufigste Gas Helium kondensiert und Tropfen bildet. Wenn das Helium flüssig wird und Tropfen bildet, löst sich das Neon darin. Der gemischte Tropfen sinkt weiterhin ab. In einer Tiefe von mehr als 13.000 Kilometern unter der Wolkendecke geschieht anschließend ein weiterer Wandel. Bei Temperaturen von rund 5.000°C und dem Druck von ein bis zwei Millionen Atmosphären wird der umgebende flüssige Wasserstoff plötzlich zu einem flüssigen Metall. In keinem Labor lassen sich die gewaltigen Kräfte erzeugen, die für die Entstehung des metallisch-flüssigen Wasserstoffs nötig sind.

Welche Eigenschaften dieser exotischer Zustand hat und wie er aussieht, kann nur vermutet werden. Es ist klar, dass das eigentlich nicht-leitende Gas Wasserstoff nun plötzlich zu einer leitfähigen Flüssigkeit wird. Wie bei einem Metall können Elektronen in diesem Gemisch relativ frei fließen und so elektrische Ströme verursachen.

Aber auch die Heliumtropfen können den höllischen Bedingungen im Jupiterinneren nicht lange standhalten. Bei mehr als 10.000°C und dem Druck von mehreren Millionen Atmosphären wird auch das flüssige Helium schließlich zu einem Metall. Einmal zum Metall geworden bildet es mit dem ebenfalls metallisch-flüssigen Wasserstoff ein Gemisch, das mit einer Metalllegierung verglichen werden kann. Die metallische Mischung aus Wasserstoff und Helium tief im Inneren des Jupiter ist zwar reichlich exotisch, gleichzeitig aber liefert sie endlich eine Erklärung für eine lange bekannte weitere Besonderheit von Jupiter, dem Magnetfeld des Gasriesen.

Die Mischung aus metallisch-flüssigem Wasserstoff und Helium nimmt im Planeteninneren wahrscheinlich die Rolle des Dynamos ein, und wirkt wie der Erd-Kern aus festem und flüssigem Eisen. Die in verschiedenen Regionen unterschiedlich schnelle Rotation und die auf- und absteigenden Konvektionsströmungen der leitfähigen Flüssigkeiten erzeugen die gewaltigen Magnetfeldkräfte des Gasplaneten.

Die Konvektionsströme im Inneren des Planeten reichen vermutlich bis an die Oberfläche. Die Forscher konnten mit den verfeinerten Messungen des Jupiter-Gravitationsfeldes durch Raumsonden und verbesserten Methoden zur Modellierung der Planetenstruktur nicht klären, ob die Konvektionsströme im Inneren mit dem gebänderten Aussehen der Oberfläche zusammen hängen.

Es könnte sein, dass die Bänder lediglich ein Oberflächenphänomen sind und dass die Konvektion im Inneren einem völlig anderen Muster folgt als an der Oberfläche. Alternativ könnte das, was an der Oberfläche zu sehen ist, eine Ausdehnung von tief liegenden konvektiven Strömungen sein, die Energie aus dem Inneren transportieren.

Angesichts der Komplexität von Planeten ist die vergleichende Planetenforschung zu einem wesentlichen Aspekt der Untersuchung dieser astrophysikalischen Ojekte geworden. Die Daten über Jupiter könnten mit den Ergebnissen vom Gasriesenplaneten Saturn verglichen werden.

NASAs Cassini-Mission zum Saturn, die 2017 endete, lieferte einen Juno-ähnlichen Datensatz für das Gravitationsfeld des Saturns, der nun analysiert wird. Da Saturn einen geringeren Innendruck als Jupiter hat, sollten sich die atmosphärischen Winde viel tiefer ins Innere von Saturn erstrecken können, bevor die Wasserstoffionisierung und die damit verbundenen Widerstandskräfte die Kontrolle übernehmen. Wenn es gelänge, ein konsistentes physikalisches Bild für die beiden Gasriesen in unserem Sonnensystem zusammenzustellen, würde dies das Verständnis der inneren Dynamik dieser Klasse von astrophysikalischen Objekten erheblich vertiefen.

Veröffentlichung:
A deeper look at Jupiter

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Juno – Mission beim Jupiter
• Planet Jupiter

Der Beitrag Ein tiefer Blick auf und in Jupiter erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Eine der spannendsten Herausforderungen der modernen Physik ist die Ordnung oder Hierarchie der Neutrinomassen. Eine aktuelle Studie, an der Physiker des Exzellenzclusters PRISMA⁺ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) federführend beteiligt sind, zeigt nun: Das Rätsel der Neutrino-Massenordnung könnte bereits in den nächsten Jahren gelöst sein. Denn: Mit der kombinierten Leistungsfähigkeit zweier neuer Neutrino-Experimente am Horizont – dem Upgrade des IceCube Experiments am Südpol und dem Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) in China – werden die Physiker bald Zugang zu sehr viel empfindlicheren und sich ergänzenden Messungen der Neutrino-Massenordnung haben.

Neutrinos sind die Chamäleons unter den Elementarteilchen

Neutrinos werden von natürlichen Quellen – etwa im Sonneninneren und anderen astronomischen Objekten – aber auch in Kernkraftwerken in riesigen Mengen erzeugt. Normale Materie – einschließlich unseren Körper – durchdringen sie jedoch völlig ungehindert. Das macht den Nachweis dieser „Geisterteilchen“ extrem aufwendig und erfordert gewaltige Detektoren, um wenigstens ein paar der seltenen Reaktionen nachzuweisen.

Neutrinos kommen in drei unterschiedlichen Arten vor – als Elektron-, Myon- und Tau-Neutrinos. Sie können sich ineinander umwandeln; ein Phänomen, das die Forscher als Neutrinooszillationen bezeichnen. Aus dem beobachteten Oszillationsmuster lassen sich auch Rückschlüsse auf die Masse der Teilchen ziehen. Die Frage, die die Physiker seit Jahren umtreibt, ist: Welches der drei Neutrinos ist das leichteste, welches das schwerste? Prof. Dr. Michael Wurm, Physiker am Exzellenzcluster PRISMA⁺ und am Institut für Physik der JGU, ist maßgeblich am Aufbau des JUNO Experiments in China beteiligt. Er sagt: „In der Beantwortung dieser Frage sehen wir einen wichtigen Schritt, um langfristig Informationen über die Verletzung der Materie-Antimaterie-Symmetrie im Neutrinosektor gewinnen zu können. Deshalb versprechen wir uns davon schlussendlich Antworten auf die Frage, weshalb sich Materie und Antimaterie nach dem Urknall nicht vollständig gegenseitig vernichtet haben.“

Weltweite Zusammenarbeit zahlt sich aus

Beide Groß-Experimente nutzen sehr unterschiedliche und komplementäre Wege, um das Rätsel der Neutrino-Massenordnung zu lösen. „Da liegt es nahe, die erwarteten Ergebnisse beider Experimente zu kombinieren“, erläutert Prof. Dr. Sebastian Böser, der ebenfalls am Exzellenzcluster PRISMA⁺ und am Institut für Physik der JGU an Neutrinos forscht und maßgeblich am IceCube Experiment beteiligt ist.

Gesagt, getan: In der aktuellen Ausgabe der Physical Reviews D beschreiben Forscher der IceCube und der JUNO Kollaboration eine kombinierte Analyse ihrer jeweiligen Experimente. Dazu gingen die Autoren zunächst davon aus, dass jedes Experiment eine bestimmte Zeit gelaufen war und simulierten dann die vorhergesagten experimentellen Ergebnisse. Diese Ergebnisse variieren je nachdem, ob die Neutrino-Massen einer normalen oder umgekehrten (invertierten) Ordnung folgen. Als nächstes führten die Physiker einen statistischen Test durch, in dem sie die simulierten Ergebnisse beider Experimente einer gemeinsamen Analyse unterzogen: Diese verriet ihnen die Empfindlichkeit dafür, dass beide Experimente kombiniert die korrekte Ordnung vorhersagen beziehungsweise die falsche Ordnung ausschließen können. Da die Ergebnisse von JUNO und IceCube sehr spezifisch von der tatsächlichen Neutrino-Massenordnung abhängen, hatte ihr kombinierter Test eine sehr viel stärkere Unterscheidungskraft als jedes der Einzelexperimente: In Kombination können die Experimente so die falsche Neutrino-Massenordnung innerhalb von drei bis sieben Jahren Messzeit definitiv ausschließen.

„Das Ganze ist in diesem Fall mehr als die Summe seiner Teile“, lautet das Fazit von Sebastian Böser. „Es unterstreicht eindrucksvoll die Bedeutung komplementärer experimenteller Ansätze zur Lösung der verbleibenden Rätsel der Neutrinos.“ „Weder das IceCube Upgrade noch JUNO können das alleine erreichen – und auch keines der anderen Experimente, die es derzeit gibt“, ergänzt Michael Wurm. „Darüber hinaus ist es ein schönes Beispiel für die Zusammenarbeit der Neutrinophysiker hier in Mainz.“

Über IceCube und seine Erweiterung:

IceCube ist der größte Teilchendetektor der Welt. Er wurde im Dezember 2010 fertiggestellt und sammelt seitdem Daten über Neutrinos aus dem Weltall. Er besteht aus einem Kubikkilometer Eis und liegt direkt bei der Amundsen-Scott-Station am geografischen Südpol. An 86 Kabeltrossen sind jeweils 60 Glaskugeln angebracht, die in Tiefen zwischen 1,45 und 2,45 Kilometer reichen. Diese Kugeln umschließen hochempfindliche Lichtsensoren, die das bläuliche Tscherenkow-Leuchten auffangen, das bei Neutrino-Reaktionen entsteht. Zu den bisher 5.160 Sensoren kommen mit dem Upgrade weitere 700 neue Sensoren hinzu, die in sehr engem Abstand an sieben Kabeltrossen befestigt sind. Sie werden unter dem Zentrum des jetzigen Detektors etwa 1,6 Kilometer tief installiert.

Über JUNO:

Der JUNO-Detektor (Jiangmen Underground Neutrino Observatory) wird aktuell in einem eigens geschaffenen Untergrundlabor aufgebaut, das in etwa 50 Kilometer Abstand zu zwei Reaktorkomplexen an der südchinesischen Küste liegt. Die von den Reaktoren ausgesandten Neutrinos werden anhand kleiner Lichtblitze im Szintillatortarget des Detektors nachgewiesen. 20.000 Tonnen einer mineralölähnlichen Flüssigkeit befinden sich gut abgeschirmt von äußerer Strahlung in einer 35 Meter durchmessenden Plexiglassphäre im Zentrum des Detektors, dessen Oberfläche dicht mit Lichtsensoren bestückt ist.

Veröffentlichung:

M. G. Aartsen et al. (IceCube-Gen2 Collaboration, JUNO Collaboration Members), Combined sensitivity to the neutrino mass ordering with JUNO, the IceCube Upgrade, and PINGU, Physical Review D 101: 032006, 21. Februar 2020

DOI: 10.1103/PhysRevD.101.032006

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Neutrinos

Der Beitrag Mit China den Neutrinomassen auf der Spur erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz.

Das Neutrinoteleskop IceCube am Südpol kann weiter ausgebaut werden. Die US-amerikanische Einrichtung zur Forschungsförderung National Science Foundation (NSF) hat für ein Upgrade des Observatoriums 23 Millionen US-Dollar bewilligt. Insgesamt wird der Ausbau des Detektors im antarktischen Eis 40 Millionen US-Dollar kosten, wozu auch deutsche Forschungseinrichtungen wesentlich beitragen werden. Die Mittel werden dafür verwendet, noch mehr Lichtsensoren zu installieren, die Spuren von Neutrinos aus dem Weltall auffangen. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), die an den Forschungen mit IceCube beteiligt sind, erwarten davon unter anderem wichtige Informationen über die Eigenschaften von Neutrinos.

IceCube ist der größte Teilchendetektor der Welt. Er wurde im Dezember 2010 fertiggestellt und sammelt seitdem Daten über Neutrinos. Neutrinos sind fast masselose Teilchen, die Materie nahezu unbemerkt durchdringen und daher sehr schwer zu entdecken sind. Die Geisterteilchen, wie sie deshalb häufig genannt werden, können aus entfernten Regionen des Weltalls fast ungehindert zur Erde vordringen und uns Informationen über weit entfernte Galaxien übermitteln. Ein Höhepunkt der IceCube-Forschung ereignete sich am 22. September 2017: Die Detektoren meldeten ein hochenergetisches Neutrino, das höchstwahrscheinlich aus einer 5,7 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie im Sternbild Orion stammte.

IceCube besteht aus einem Kubikkilometer Eis und liegt direkt bei der Amundsen-Scott-Station am geografischen Südpol. Die Station wird von den USA finanziert, ist aber für internationale Forschung geöffnet. An 86 Kabeltrossen sind jeweils 60 Glaskugeln angebracht, die in Tiefen zwischen 1,45 und 2,45 Kilometern reichen. Diese Kugeln umschließen hochempfindliche Lichtsensoren, die das bläuliche Tscherenkow-Leuchten auffangen, das bei Neutrinoreaktionen entsteht. Zu den bisher 5160 Sensoren kommen mit dem Upgrade nun weitere 700 neue Sensoren hinzu, die in sehr engem Abstand an sieben Kabeltrossen befestigt sind. Sie werden unter dem Zentrum des jetzigen Detektors etwa 1,6 Kilometer tief installiert. Die ersten Arbeiten dazu haben mit Unterstützung der NSF und anderer Partner, darunter Deutschland, bereits im Herbst 2018 begonnen. Der Südpol ist dank dem kristallklaren Tiefeneis ideal für das Projekt.

Neutrinooszillation gibt weiterhin Rätsel auf
Neutrinos sind nicht nur schwer nachzuweisen, sondern sie geben auch ansonsten viele Rätsel auf – die mit dem Ausbau zumindest teilweise geklärt werden könnten. Wichtigstes Ziel dieser ersten IceCube-Erweiterung ist es, einem Phänomen auf die Spur zu kommen, das als Neutrinooszillation bezeichnet wird und die Möglichkeit beschreibt, dass Neutrinos als Elektron-, Myon- oder Tau-Neutrino erscheinen und zwischen diesen Formen wechseln können.

Ein zweites Ziel ist die genauere Beschreibung des Eises, das die Lichtsensoren umgibt, um dadurch mit dem bestehenden Detektor bessere Ergebnisse zu erhalten. Vorteile davon wird besonders die Hochenergie-Neutrinoastronomie haben.

Forschende der JGU an IceCube Upgrade und künftigem IceCube-Gen2 beteiligt
Mit den zusätzlichen Lichtsensoren wird die Sensitivität vor allem bei niedrigen Energien im Bereich von 5 bis 10 Gigaelektronenvolt deutlich gesteigert. Dies ist der Energiebereich, in dem die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei IceCube Neutrinooszillationen von atmosphärischen Neutrinos beobachten können. Neutrinooszillationen beruhen auf einem Quanteneffekt, dessen Entdeckung 2015 mit dem Nobelpreis gewürdigt wurde. „Die Analyse dieser Neutrinooszillationen, mit denen wir vor allem etwas über die Eigenschaften der Neutrinos lernen, ist der Schwerpunkt unserer Mainzer Forschungstätigkeit bei IceCube“, teilt Prof. Dr. Sebastian Böser vom Institut für Physik der JGU mit. „Wir erhalten eine größere Anzahl von Neutrinos bei niedrigeren Energien und werden daraus sehr viel lernen können.“

So konnte die vom BMBF geförderte Mainzer Neutrino-Gruppe im Vorfeld zeigen, dass die Erweiterung dazu beitragen wird, der Frage nach der Anordnung der Neutrinomassen auf den Grund zu gehen. „Wir rechnen damit, dass die Forschung an IceCube nach dem Upgrade in Verbindung mit dem im Aufbau befindlichen JUNO-Experiment die Frage der Massenhierarchie eindeutig klären kann“, so Böser. Am JUNO-Experiment in China sind Mainzer Forscher ebenfalls maßgeblich beteiligt. Aber auch zu anderen Fragen werden neue Erkenntnisse erwartet, so zu der Annahme, dass Neutrinos bei den Oszillationen auch verschwinden könnten, statt sich umzuwandeln. Hier dürften über den Nachweis von Tau-Neutrinos in bislang unerreichter Rate deutliche Fortschritte erfolgen.

„Daneben gibt uns diese Detektorerweiterung natürlich die Möglichkeit, die technologischen Entwicklungen für die nächste Ausbaustufe von IceCube, den IceCube-Gen2-Detektor, voranzutreiben“, ergänzt Prof. Dr. Lutz Köpke, ebenfalls Neutrino-Forscher am Institut für Physik der JGU. Aus Mainz werden zu diesem Zweck 14 neuartige Lichtsensoren, sogenannte WOMs, im Eis installiert. Diese WOMs nutzen spezielle Materialien und können so bei gesteigerter Sensitivität ein geringeres Rauschen erzielen. „Dieses Rauschen ist der maßgebliche Faktor, um Supernova-Ereignisse zu detektieren – ein weiterer Schwerpunkt, den wir hier in Mainz erforschen“, so Böser. IceCube-Gen2 soll auf den Erfahrungen mit dem Upgrade aufbauen und das Volumen von IceCube verzehnfachen.

Der Beitrag Neutrinoteleskop IceCube wird ausgebaut erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Gertrud Felber. Quelle: University of Leicester.

Der zweite Große Spot kann mit der Skala des berühmten Großen Roten Flecks von Jupiter konkurrieren. Er wurde durch die mächtigen Energien der großen Auroras des Planeten geschaffen.

Der „Great Cold Spot„, der lokalisierte dunkler Fleck, verfügt über eine Größe von bis zu 24.000 km Länge und 12.000 km in der Breite. Er wurde in der dünnen Hochtemperatur-Thermosphäre des Gasriesen beobachtet und ist etwa 200 Kelvin kühler als die umgebende Atmosphäre, die eine Temperatur zwischen 700 Kelvin (426 ºC) und 1000 Kelvin (726 ºC) erreichen kann.

Nach Aussage von Dr. Tom Stallard, Associate Professor in Planetary Astronomy und führender Autor der Studie, wurde das erste Mal ein Wettermerkmal in der oberen Atmosphäre, etwas entfernt von den hellen Auroras, auf Jupiter beobachtet. Der „Great Cold Spot“ wurde zuerst auf Jupiter durch Beobachtungen von Jupiters Aurora-Region mit dem CRIRES Instrument auf dem Very Large Telescope (VLT) der ESO entdeckt.

Die Bilder auf der linken Seite zeigen die hellen Bögen der Infrarot-Aurora des Jupiters an zwei getrennten Nächten, das obere linke Bild am 17. Oktober 2012, und drei Bilder, die am 31. Dezember 2012 aufgenommen wurden, da sich der Planet langsam dreht. Allerdings konnte der „Great Cold Spot“ erst nicht deutlich gesehen werden, bis diese Bilder so gesättigt sind, dass die gesamte Aurora weiß erscheint, wie es auf der rechten Seite gezeigt wird. Hier leuchtet der Planet als Folge der Temperatur der oberen Atmosphäre, und die verschiedenen Regionen der Abkühlung, die den „Great Cold Spot“ offenbaren, sind zu sehen.

Der „Great Cold Spot“ ist viel wechselhafter als der langsam wechselnde „Great Red Spot“. Er ändert in nur wenigen Tagen und Wochen dramatisch Form und Größe. Da der „Great Cold Spot“ sehr langsam erschienen ist, verfügen die Wissenschaftler über Daten von 15 Jahren. Das deutet darauf hin, dass sich der große Kaltfleck ständig weiterentwickelt, er könnte aber auch so alt, vielleicht viele Tausende von Jahren, wie die sich oft bildenden Auroras sein.

Der große Kaltfleck wird vermutlich durch die Auswirkungen des Magnetfeldes von Jupiter verursacht, wobei die spektakuläre polare Aurora des massiven Planeten die Energie in die Atmosphäre in Form von Wärme um den Planeten fließen lässt. Dies schafft eine Region der Abkühlung in der Thermosphäre, die Grenzschicht zwischen der darunter liegenden Atmosphäre und dem Vakuum des Raumes.

Obwohl die Wissenschaftler sich nicht sicher sein können, was diese Wetterfunktion antreibt, ist eine anhaltende Abkühlung sehr wahrscheinlich, um einen Wirbel ähnlich dem „Great Red Spot“ zu bilden.

Die Astronomen nutzten das CRIRES-Instrument auf dem Very Large Telescope (VLT), um die spektralen Emissionen von H3+ zu beobachten, ein Ion von Wasserstoff, das in großen Mengen in der Jupiter-Atmosphäre vorhanden ist. Es erlaubt den Wissenschaftlern die mittlere Temperatur und die Dichte der Atmosphäre des Planeten abzubilden. Zum Vergleich benutzten sie dann Bilder von H3+ Emissionen von Jupiters Ionosphäre, die vom InfraRed Telescope Facility (IRTF) am Mauna-Kea-Observatorium auf Hawaii zwischen 1995-2000 aufgenommen wurden.

Die Kombination der Bilder, die über den Zeitraum aufgenommen wurden, dazu auch die über 13.000 Bilder, welche in mehr als 40 Nächten von dem InfraRed-Teleskop aufgenommen wurden, zeigte den Astronomen die Anwesenheit des Großen Kaltflecks als ein Gebiet der Dunkelheit unter der heißen Umgebung von Jupiters oberen Atmosphäre. Nach den Aussagen von Dr. Stallard ist es bei Jupiter überraschend, dass der „Great Cold Spot“ seit 15 Jahren an der gleichen Stelle beobachtet wurde.

Es steht im Gegensatz zur Beobachtungen der Erdatmosphäre, dort hat sich gezeigt, dass es kurzfristig zu Veränderungen in der Temperatur und Dichte der oberen Atmosphäre kommen kann. Die beiden Hauptunterschiede sind erstens, dass die Aurora der Erde  durch die dramatische Veränderungen der Sonnenaktivität verursacht wird. Während Jupiters Aurora von Gasen aus dem vulkanischen Mond Io dominiert wird, die relativ langsam und stabil sind. Und zweitens, durch die atmosphärischen Ströme, die von der Aurora der Erde erzeugt werden, kann sich die Hitze schnell über den ganzen Planeten verteilen, so dass die obere Atmosphäre „wie eine Glocke läutet“, während diese Energie sich durch die schnelle Drehung von Jupiter näher an den Polen befindet.

Dr. Stallard: „Die Erkennung des Großen Kaltflecks war eine echte Überraschung für uns, aber es gibt Hinweise darauf, dass andere Merkmale auch in der oberen Atmosphäre von Jupiter existieren könnten. Der nächster Schritt wird es sein, nach anderen Merkmalen in der oberen Atmosphäre zu suchen und den Großen Kaltfleck selbst näher zu untersuchen“.

Das Juno-Raumfahrzeug befindet sich derzeit in der Umlaufbahn um Jupiter und die Beobachtungen der Jupiter-Aurora und der oberen Atmosphäre durch das JIRAM-Instrument, die bisher veröffentlicht wurden, bieten bereits eine Fülle neuer Informationen über den Planeten. In Verbindung mit der bisher laufenden Beobachtungskampagne mit Teleskopen auf der Erde erhoffen sich die Wissenschaftler in den nächsten Jahren ein besseres Verständnis für dieses Wettersystem auf Jupiter.

Video bei YouTube mit Erklärungen in Englisch:

• ‚Great Cold Spot‘ Discovered on Jupiter – University of Leicester

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Jupiter

Der Beitrag „Great Cold Spot“ auf Jupiter entdeckt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: The Planetary Society, SwRI, NASA.

Bereits am 5. August 2011 startete die Raumsonde Juno an Bord einer Rakete vom Typ Atlas V (551) und begann ihre Reise zum Jupiter, dem größten Planeten unseres Sonnensystems. „Die Atlas V konnte Juno nur die Hälfte der Geschwindigkeit geben, die nötig ist, um den Jupiter zu erreichen“, so Dr. Scott J. Bolton vom Southwest Research Institute (SwRI) in San Antonio im US-Bundesstaat Texas, der für die Juno-Mission verantwortliche leitende Wissenschaftler. Aus diesem Grund konnte die Raumsonde auch keinen direkter Kurs zum Jupiter einschlagen, sondern bewegte sich während der vergangenen zwei Jahre zunächst durch das innere Sonnensystem.
Am Abend des 9. Oktober 2013 näherte sich Juno dabei erneut der Erde und passierte unseren Heimatplaneten in einer Entfernung von rund 560 Kilometern. Durch ein so genanntes Swing-by-Manöver erhöhte sich die Geschwindigkeit der Raumsonde um 7,3 Kilometer pro Sekunde relativ zur Sonne, wodurch Juno die nötige Geschwindigkeit für den weiteren Flug erlangte. Zudem wurde durch diesen Vorbeiflug an der Erde der Kurs der Raumsonde so umgeleitet, dass diese am 4. Juli 2016 nach einer Reise von insgesamt 2,8 Milliarden Kilometern durch unser Sonnensystem in eine Umlaufbahn um den Jupiter eintreten wird.

Neben der Veränderung von Fluggeschwindigkeit und Kurs wurde der Vorbeiflug genutzt, um mit den neun an Bord von Juno befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten Daten von der Erde zu sammeln, wodurch die Funktionstüchtigkeit dieser Instrumente getestet werden sollte. Des weiteren sollen die gesammelten Daten genutzt werden, um die Instrumente zu kalibrieren. Aufnahmen der JunoCam, der einzigen Kamera an Bord der Raumsonde, zeigten zum Beispiel während der Anflugphase an die Erde das Erde-Mond-System sowie Detailaufnahmen von der Erde und dem Mond, welche unter anderem im nahinfraroten Spektralbereich angefertigt wurden.

Erd-Flyby trotz Safe Mode erfolgreich verlaufen

Juno erreichte die dichteste Annäherung an die Erdoberfläche am 9. Oktober um 21:21 Uhr MESZ über dem südlichen Afrika. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Raumsonde, deren Energieversorgung ausschließlich durch Solarzellen erfolgt, für einen Zeitraum von etwa 20 Minuten im Erdschatten. Kurz nach dem Verlassen des Erdschattens stellen die für die Steuerung der Raumsonde verantwortlichen Techniker und Ingenieure fest, dass sich Juno in den Minuten zuvor in einen „Safe Mode“ versetzt hatte.

Dieser Sicherheitsmodus hatte zur Folge, dass alle nicht zwingend für den Betrieb der Raumsonde erforderlichen Instrumente – dazu zählen auch die wissenschaftlichen Experimente – abgeschaltet wurden und Juno auf weiterführende Anweisungen von seinem Kontrollzentrum wartete. Da es sich bei dem Flyby an der Erde um ein passives Manöver handelte, hatte dies jedoch keine negativen Auswirkungen auf den weiteren Ablauf des Manövers.

Die Missionskontrolleure konnten die Verbindung zu der Raumsonde sehr schnell wieder herstellen und es zeigte sich, dass Juno dabei wie vorgesehen auf die gesendeten Kommandos reagierte. Bereits zwei Tage später, am Abend des 11. Oktober, konnte Juno wieder in den normalen Operationsmodus versetzt werden.

Die genaue Ursache für den Übertritt in den Sicherheitsmodus ist derzeit noch nicht endgültig bestimmt. Allerdings wird vermutet, dass hierfür zu vorsichtig gesetzte Parameter bezüglich der Energieversorgung verantwortlich waren. Während der Passage des Erdschattens konnten die Solarzellen der Raumsonde keine Energie generieren und die für die Aktivitäten benötigte Energie wurde in diesem Zeitraum – wie vorgesehen – aus den Batterien der Raumsonde bezogen.

Möglicherweise, so die Annahme der Missionskontrolleure, sank die Ladung der Batterien dabei schneller als erwartet, so dass der Bordcomputer die Raumsonde nach dem Unterschreiten einer bestimmten Batteriespannung vorsorglich in einen Sicherheitsmodus versetzte, um Energie zu sparen. Die entsprechenden Parameter, so der für die Mission verantwortliche Projektmanager Rick Nybakken vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien, waren offensichtlich zu konservativ gesetzt.

Auswertungen der Telemetriedaten zeigten, dass der Sicherheitsmodus um 21:31 MESZ, also zehn Minuten nach der dichtesten Annäherung an die Erde und 12 Minuten nach dem Eintritt in den Erdschattens begann. Diese etwa 20 Minuten andauernde Flugphase im Erdschatten war der einzige Zeitraum im gesamten Missionsverlauf, in dem sich Juno im Schatten eines Himmelskörpers befindet. Während des jetzt noch fast dreijährigen Fluges zum Jupiter und bei den anschließenden Umläufen um den Gasplaneten wird sich Juno stets im Sonnenlicht aufhalten. Lediglich bei zwei zukünftigen Manövern über jeweils etwa 70 Minuten, einmal während des Eintritts in den Jupiter-Orbit und kurz danach während der Verkürzung der Umlaufzeit um den Jupiter auf einen Zeitraum von 11 Tagen, werden die Solarpaneele der Raumsonde dabei nicht direkt auf die Sonne gerichtet sein.

In den Tagen nach dem Flyby an der Erde konnten alle von den Instrumenten gesammelten Daten sowie die Telemetriewerte der Raumsonde an die Erde übermittelt werden. Dabei zeigte sich, dass der Vorbeiflug ein voller Erfolg war. Juno befindet sich auf einer nahezu perfekten Flugbahn zum Jupiter und weist eine nur minimale Abweichung von dem optimalen Kurs auf. Außerdem konnten alle mit einer hohen Priorität eingestuften Messungen wie vorgesehen durchgeführt werden. Die dabei gesammelten Daten wurden mittlerweile an die jeweiligen Teams weitergeleitet, welche dies jetzt auswerten.

Ein weiterer Safe Mode am 13. Oktober 2013
Allerdings ergab sich bereits am Abend des 13. Oktober ein weiteres Problem. Dies geschah bei einer zu diesem Zeitpunkt vorgesehenen Neukonfiguration des Bordcomputers, welcher hierbei von der „Erd-Flyby-Phase“ zur „Cruise-Phase“ wechselte. Bei dieser Umschaltung verblieb die für die Navigation der Raumsonde benötigte „Stellar Reference Unit“ fälschlicherweise im Erd-Flyby-Modus. Der Bordcomputer reagierte auf das Problem wie vorgesehen und versetzte die Raumsonde erneut in den Sicherheitsmodus. Auch bei diesem zweiten Safe Mode innerhalb weniger Tage verläuft die Kommunikation zwischen der Erde und Juno stabil und die Raumsonde arbeitet wie vorgesehen.

Da sich Juno auf dem vorgesehenen Kurs befindet und in den nächsten Tagen und Wochen auch keine weiteren Beobachtungen oder andere Aktivitäten vorgesehen sind besteht derzeit keine Notwendigkeit, die Raumsonde durch übereilte Maßnahmen wieder in den normalen Modus zu versetzen. Dies, so die gegenwärtige Planung, wird nach dem Abschluss einer eingehenden Analyse der Situation wahrscheinlich erst im Verlauf der kommenden Woche geschehen. Ein in Kürze vorgesehenes Kurskorrekturmanöver, das „Trajectory Correction Maneuver 9“ (kurz „TCM-9“), mit dem die Flugbahn der Raumsonde noch weiter verfeinert werden soll, kann ohne negative Einflüsse auf den weiteren Missionsverlauf gegebenenfalls sogar bis zum Dezember 2013 aufgeschoben werden.

Während des weiteren Fluges sind dann lediglich noch einige wenige weitere Kurskorrekturmanöver vorgesehen. Bis zum Erreichen des Jupiters sollen – mit Ausnahme der JunoCam – keine weiteren Messungen durch die Instrumente erfolgen. Die Kamera des Jupiterorbiters soll dagegen in den kommenden Jahren mehrfach eingesetzt werden und dabei, wie zum Beispiel am 21. März 2012 geschehen, bestimmte Sternfelder abbilden (Raumfahrer.net berichtete). Erste entsprechende Aufnahmen sind unmittelbar nach dem 29. November 2013 vorgesehen. Außerdem ist geplant, zu Beginn des Jahres 2014 den Kometen ISON zu beobachten.

Nächstes Ziel: Jupiter
Die Ankunft der Raumsonde beim Jupiter wird am 4. Juli 2016 erfolgen. Dort angelangt wird Juno in eine elliptische polare Umlaufbahn einschwenken und den Riesenplaneten innerhalb eines Jahres 32 mal umrunden. Dabei wird sich die Raumsonde der obersten Wolkenschicht des Jupiters auf eine Entfernung von bis zu 5.000 Kilometern nähern.

Der Schwerpunkt der Mission liegt bei der Vermessung des Magnetfeldes, der Untersuchung der polaren Magnetosphäre und der Bestimmung des inneren Aufbaus des Gasplaneten. Bislang ist zum Beispiel nicht bekannt, ob der Jupiter über einen festen Kern verfügt. Außerdem wollen die Wissenschaftler anhand von Veränderungen in der Umlaufbahn der Raumsonde das Gravitationsfeld des Jupiters untersuchen und kartografieren.

Weitere Forschungsschwerpunkte sollen die Untersuchung der Zusammensetzung der Jupiteratmosphäre und des dort vorherrschenden Wetters bilden. Neben der Studie von allgemeinen Windprofilen und den äquatorparallelen Wolkenbändern in der Atmosphäre wird dabei auch der Große Rote Fleck in das Zentrum der wissenschaftlichen Studien rücken. Insgesamt erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler von der Juno-Mission neue Erkenntnisse darüber, wie sich der größte Planet unseres Sonnensystems einstmals gebildet und seitdem entwickelt hat.

Raumcon-Forum:

• Jupitermssion Juno auf Atlas V (551)
• Planet Jupiter

Der Beitrag Raumsonde Juno passiert die Erde im Sicherheitsmodus erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: NASA, JPL, SWRI, Raumcon.

Obwohl diese Zahlen zunächst eine große Erdentfernung Junos vermuten lassen, ist die Sonde derzeit unserem Planeten so nah wie seit kurz nach dem Antritt ihrer Reise nicht mehr: Nur 0,37 AE trennen sie noch von ihrem „Heimatplaneten“. Grund dafür ist die komplexe Flugbahn des Raumfahrzeugs, die nach einer anfänglich maximalen Distanzierung auf 2,3 AE Sonnenabstand im September 2012 eine vorläufige Rückkehr in das innere Sonnensystem vorsieht. Zweck dieses scheinbaren Umwegs ist die Durchführung eines sogenannten „gravity assist“, bei dem Juno am 9. Oktober diesen Jahres in nur 559 Kilometern Höhe die Erde passieren wird. Durch dieses Manöver wird, unter Ausnutzung der Erdgravitation, sowohl ihre Flugbahn in Richtung Jupiterumlaufbahn umgelenkt, als auch ein zusätzliche Beschleunigung der Sonde um 7,3 km/s erreicht. In der Phase der Erdannäherung, also noch vor dem gravity assist, wird am 31. August das Perihel, der sonnennächste Punkt der Flugbahn, mit einem Sonnenabstand von etwa 0,85 AE durchflogen.

Bis Ende November befindet sich Juno in der Missionsphase „Inner Cruise 3“, während der die wissenschaftlichen Bordinstrumente größtenteils abgeschaltet bleiben und statt der Hauptantenne (HGA) kleinere Sekundärantennen für den Datenlink zuständig sind. Hintergrund ist die große Winkelgeschwindigkeit der Erde aus Perspektive der Sonde und die konstruktionsbedingt starre Ausrichtung der HGA auf die Sonnenregion: Sie ist senkrecht zu den Solarpaneelen angebracht, welche während des Flugs kontinuierlich von unserem Zentralgestirn angestrahlt bleiben müssen.

Sollten keine unvorhergesehenen Pannen auftreten, wird Juno am 4. Juli 2016 den Jupiter erreichen. Nachdem beide planmäßig notwendigen Haupttriebwerks-Zündungen bereits erfolgreich absolviert wurden, sind die höchsten Hürden auf diesem Weg schon genommen.

Anspruchsvolle Steuer- und Bremsmanöver werden erst wieder kurz vor der Ankunft am Missionsziel erforderlich. Nach dem Einschuss in einen vorläufigen „capture orbit“ soll dann die Exzentrizität und Höhe von Junos Umlaufbahn auf einen 11-tägig umlaufenden, elliptischen Wissenschaftsorbit reduziert werden. Bis zum Abschluss der Primärmission sind 33 Jupiter-Umkreisungen vorgesehen. Nach deren Ende wird das Raumfahrzeug auf Kollisionskurs mit dem Riesenplaneten gebracht.

Von wissenschaftlichem Interesse sind ein besseres Verständnis des Jupiter hinsichtlich seiner Entstehung, Struktur, Atmosphäre und Magnetosphäre, aber auch ein weiterer Erkenntnisgewinn über die Vorgänge bei der Bildung des Planetensystems. Hierzu ist der größte Planet von besonderer Bedeutung, da er das mit Abstand meiste frühe Material der protoplanetaren Scheibe enthält, aus deren Resten sich dann auch die übrigen Planeten bildeten. Junos Sensoren-Arsenal wird aus der Nähe in der Lage sein, die Wolkenschichten des Gasplaneten zu durchdringen und entsprechende Daten zu sammeln.

Eines der mitgeführten Instrumente ist beispielsweise der Ultraviolet Imaging Spectrograph (UVS), der sich dem beeindruckenden Phänomen der Nordlichter in der Atmosphäre des Jupiter widmen wird.

Juno ist Teil des New Frontiers-Programms der NASA zur Erforschung des Sonnensystems mit Missionen mittlerer Größenordnung im Kostenbereich zwischen etwa 500 und 800 Millionen Dollar. Vergleichbar mit dem europäischen Konzept Cosmic Vision (vgl. etwa Solar Orbiter, JUICE), werden bis Mitte des kommenden Jahrzehnts weitere Sonden und Satelliten die mittelfristige Erforschung des Sonnensystems fortführen.

Diskutieren Sie mit:

• Jupitermission Juno auf Atlas V (551)

Der Beitrag „Halbzeit“ für Juno erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, Malin Space Science Systems.

Nach ihrem im Oktober 2016 erfolgenden Eintritt in den Jupiterorbit soll die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde Juno den größten Planeten unseres Sonnensystems insgesamt 33 Mal umrunden und dabei aus einer stark elliptischen, über die Pole verlaufenden Umlaufbahn mit den neun an Bord befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten über einen Zeitraum von einem Jahr näher untersuchen.

Das Interesse der Wissenschaftler wird sich dabei speziell auf die Atmosphäre des Jupiters und dessen Magnetosphäre konzentrieren. Außerdem erhoffen sich die Planetenforscher neue Erkenntnisse über den inneren Aufbau des Gasplaneten. Besonders interessant ist hierbei die Beantwortung der Frage, ob der Jupiter über einen festen Kern verfügt. Im Rahmen der Untersuchungen wird sich Juno der obersten Wolkenschicht des Gasplaneten bei jedem Umlauf bis auf eine Entfernung von lediglich 5.000 Kilometern nähern.

Eines der an Bord befindlichen Instrumente ist die „JunoCam“ – eine kleine Kamera, welche während der ersten sieben Orbits der Raumsonde um den Planeten dessen Polarregionen, die obersten Wolkenschichten und die in der Jupiteratmosphäre sichtbaren Wolkenbänder in drei Spektralbereichen des sichtbaren Lichts abbilden soll. Die Bilder, welche über eine Auflösung von etwa 15 Kilometern pro Pixel verfügen werden, sollen den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern die Studie der atmosphärischen Vorgänge ermöglichen. Außerdem werden diese Bilder einen wesentlichen Beitrag für die im Rahmen der Juno-Mission geplante Öffentlichkeitsarbeit der NASA darstellen.

Im Rahmen eines Funktionstests wurde die JunoCam am 21. März 2012 aktiviert und fertigte eine Probeaufnahme an. Das „astronomische Ziel“ dieser am 10. Mai von der NASA veröffentlichten Aufnahme dürfte jedem Amateurastronomen hinreichend bekannt sein. Es handelt sich um das Sternbild „Großer Bär“ (lat. „Ursa Major“), dessen sieben hellste Sterne im deutschsprachigen Raum auch als der „Großer Wagen“ bezeichnet werden.

„Ich weiß nicht, ob dies das erste aus dem Weltraum heraus aufgenommene Bild des Großen Wagens ist“, so Scott Bolton, der Principal Investigator der Juno-Mission vom Southwest Research Institute (SwRI) in San Antonio/USA. „Aber da wir es deutlich jenseits der Mars-Umlaufbahn angefertigt haben ist es wahrscheinlich das am weitesten von der Erde entfernt aufgenommene Bild. Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache, dass die Kamera wie vorgesehen arbeitet und – wie auch die restlichen Instrumente – bereit ist für den Eintritt in den Jupiter-Orbit.“
Bis dahin werden allerdings noch über vier weitere Jahre vergehen. Gegenwärtig befindet sich Juno in einer Entfernung von etwas mehr als 400 Millionen Kilometern zur Erde. Seit ihrem Start am 5. August 2011 hat die Raumsonde über 614 Millionen Kilometer von ihrem insgesamt etwa drei Milliarden Kilometer langen Weg zum Jupiter absolviert. Das nächste Kurskorrekturmanöver der Raumsonde soll am 31. August 2012 erfolgen. Hierbei soll der Kurs so verändert werden, dass Juno am 9. Oktober 2013 einen nahen Vorbeiflug an der Erde absolviert. Durch diesen dichten Vorbeiflug soll die Raumsonde soweit beschleunigt werden, dass sie im Jahr 2016 in eine polare Umlaufbahn um den Jupiter eintreten kann.

Raumcon-Forum:

• Jupitersonde Juno
• Planet Jupiter

Der Beitrag Raumsonde Juno: Kameratest erfolgreich durchgeführt erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Die Raumsonde Juno hat auf ihrem Weg zum Jupiter, dem größten Planeten unseres Sonnensystems, ein erstes Kurskorrekturmanöver durchgeführt. Es handelte sich hierbei um das erste von einem Dutzend vorgesehenen Korrekturmanövern, welche im Verlauf des etwa 5-jährigen Fluges zum Jupiter erfolgen werden. „Das erste Kurskorrekturmanöver sollte eigentlich bereits kurz nach dem Start erfolgen, aber die Raumsonde befand sich nach ihrem Start so gut auf dem vorgesehenen Kurs, dass bisher keine Änderungen der Flugbahn nötig waren“, so Rick Nybakken, der Projektleiter der Juno-Mission am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena/Kalifornien. „Das Manöver jetzt erfolgte hätte nicht besser verlaufen können.“
Das Kurskorrekturmanöver begann am 1. Februar 2012 um 19:10 Uhr MEZ. Die Triebwerke der Raumsonde wurden dafür über einen Zeitraum von 25 Minuten aktiviert, wobei eine Treibstoffmenge von 3,11 Kilogramm verbraucht wurde. Hierdurch wurde eine Änderung der Geschwindigkeit der Raumsonde von 1,2 Metern pro Sekunde erreicht.

Das nächste Korrekturmanöver soll Ende August 2012 erfolgen. Hierbei soll der Kurs der Raumsonde so verändert werden, dass Juno am 9. Oktober 2013 einen nahen Vorbeiflug an der Erde absolviert. Durch diesen dichten Vorbeiflug soll die Raumsonde soweit beschleunigt werden, dass sie am 5. Juli 2016 in eine polare Umlaufbahn um den Jupiter eintreten kann.

Nach ihrem Eintritt in den Jupiterorbit soll Juno den Gasplaneten insgesamt 33 mal umrunden und dabei aus einer stark elliptischen, über die Pole verlaufenden Umlaufbahn mit den acht an Bord befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten über einen Zeitraum von einem Jahr näher untersuchen. Das Interesse der Wissenschaftler wird sich dabei speziell auf die Atmosphäre des Jupiters und dessen Magnetosphäre konzentrieren. Außerdem erhoffen sich die Planetenforscher Hinweise auf den inneren Aufbau des Gasplaneten. Besonders interessant ist hierbei die Frage, ob der Planet über einen festen Kern verfügt. Zu diesem Zweck wird sich Juno der obersten Wolkenschicht des Jupiters bei jedem Umlauf auf eine Entfernung von lediglich 5.000 Kilometern nähern.

Im Gegensatz zu den bisherigen Raummissionen ins äußere Sonnensystem verfügt Juno nicht über eine nukleare Energieversorgung. Vielmehr erfolgt diese ausschließlich über Solarzellen. Allerdings ist der Einsatz von Solarzellen nur möglich, weil sich Juno auf ihrer Umlaufbahn um den Jupiter die meiste Zeit außerhalb des starken Strahlungsgürtels des Gasplaneten befindet. Eine Untersuchung der Jupitermonde – deren Umlaufbahnen innerhalb dieses Strahlungsgürtels verlaufen – ist deshalb nicht möglich.

Gegenwärtig befindet sich Juno in einer Entfernung von etwas mehr als 196 Millionen Kilometern zur Erde. Seit ihrem Start am 5. August 2011 hat die Raumsonde bisher 449 Millionen Kilometer von ihrem insgesamt etwa 2,8 Milliarden Kilometer langen Weg zum Jupiter absolviert.

Verwandte Meldungen:

• Juno ist unterwegs zum Jupiter (5. August 2011)
• Juno bereit für seine Fünfjahresreise zum Jupiter (1. August 2011)
• Juno: Zwischenstopp in Florida (9. April 2011)
• Strahlenschutz für die Sonde Juno (13. Juli 2010)
• Juno wird montiert (6. April 2010)
• Baubeginn bei NASA-Jupitersonde Juno (24. September 2009)

Raumcon-Forum:

• Jupitersonde Juno
• Planet Jupiter

Der Beitrag Juno: Kurskorrekturmanöver erfolgreich abgeschlossen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.