Quelle: ESA 1. Juli 2023.

Samstag, den 1. Juli 2023 – Die ESA-Raumsonde Euclid hob am 1. Juli um 17:12 Uhr MESZ mit einer SpaceX Falcon 9-Rakete vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida, USA, ab. Der erfolgreiche Start markiert den Beginn einer ehrgeizigen Mission, die die Natur zweier mysteriöser Komponenten unseres Universums aufdecken soll: dunkle Materie und dunkle Energie, und die uns helfen soll, die grundlegende Frage zu beantworten: Woraus besteht das Universum?

Nach dem Start und der Trennung von der Rakete bestätigte das Europäische Raumfahrtkontrollzentrum (ESOC) der ESA in Darmstadt um 17:57 Uhr MESZ den Empfang des Signals von Euclid über die Bodenstation New Norcia in Australien.

„Der erfolgreiche Start von Euclid markiert den Beginn eines neuen wissenschaftlichen Unterfangens, das uns helfen soll, eine der spannendsten Fragen der modernen Wissenschaft zu beantworten“, sagt ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher. „Euclid wurde durch die Führungsrolle der ESA, die Bemühungen und das Fachwissen von Hunderten von europäischen Industrie- und Wissenschaftseinrichtungen und durch die Zusammenarbeit mit internationalen Partnern ermöglicht. Das Streben nach der Beantwortung grundlegender Fragen über unseren Kosmos ist es, was uns zu Menschen macht. Und oft ist es das, was den Fortschritt der Wissenschaft und die Entwicklung leistungsstarker, weitreichender neuer Technologien antreibt. Die ESA setzt sich dafür ein, die Ambitionen und Erfolge Europas im Weltraum für künftige Generationen auszubauen.“

„Die Euclid-Mission ist das Ergebnis der Leidenschaft und des Fachwissens derjenigen, die an der Entwicklung und dem Bau dieses hoch entwickelten Weltraumteleskops mitgewirkt haben, der Kompetenz unseres Flugbetriebsteams und des Forschergeistes der wissenschaftlichen Gemeinschaft“, sagt Giuseppe Racca, der Euclid-Projektleiter der ESA. „Es gab viele Herausforderungen während des Projekts, aber wir haben hart gearbeitet und nun haben wir zusammen mit unseren Partnern im Euclid-Konsortium und der NASA diesen Start-Meilenstein erfolgreich erreicht.“

Das Euclid-Konsortium steuerte die beiden hochmodernen wissenschaftlichen Instrumente bei – die Kamera für den sichtbaren Wellenlängenbereich (VIS) und das Nahinfrarot-Spektrometer und -Photometer (NISP). Die NASA stellte die Detektoren für NISP zur Verfügung.

Die Erforschung des dunklen Universums
Euclid wird Milliarden von Galaxien in einem Umkreis von 10 Milliarden Lichtjahren beobachten, um die größte und genaueste 3D-Karte des Universums zu erstellen, wobei die dritte Dimension die Zeit selbst darstellt. Diese detaillierte Darstellung von Form, Position und Bewegung der Galaxien wird Aufschluss darüber geben, wie die Materie über riesige Entfernungen verteilt ist und wie sich die Ausdehnung des Universums im Laufe der kosmischen Geschichte entwickelt hat, sodass die Astronomen auf die Eigenschaften der dunklen Energie und der dunklen Materie schließen können. Dies wird den Theoretikern helfen, die Rolle der Schwerkraft besser zu verstehen und die Natur dieser rätselhaften Gebilde zu ergründen.
Euclid wird Milliarden von Galaxien in einem Umkreis von 10 Milliarden Lichtjahren beobachten, um die größte und genaueste 3D-Karte des Universums zu erstellen, wobei die dritte Dimension die Zeit selbst darstellt. Diese detaillierte Darstellung von Form, Position und Bewegung der Galaxien wird Aufschluss darüber geben, wie die Materie über riesige Entfernungen verteilt ist und wie sich die Ausdehnung des Universums im Laufe der kosmischen Geschichte entwickelt hat, sodass die Astronomen auf die Eigenschaften der dunklen Energie und der dunklen Materie schließen können. Dies wird den Theoretikern helfen, die Rolle der Schwerkraft besser zu verstehen und die Natur dieser rätselhaften Gebilde zu ergründen.

„Heute feiern wir den erfolgreichen Start einer bahnbrechenden Mission, die Europa an die Spitze der kosmologischen Forschung bringt“, sagt Carole Mundell, die Wissenschaftsdirektorin der ESA. „Wenn wir das Universum, in dem wir leben, verstehen wollen, müssen wir die Natur der dunklen Materie und der dunklen Energie aufdecken und verstehen, welche Rolle sie bei der Entstehung unseres Weltalls gespielt haben. Um diese grundlegenden Fragen zu beantworten, wird Euclid die detaillierteste Karte des extragalaktischen Himmels liefern. Dieser unschätzbare Reichtum an Daten wird es der wissenschaftlichen Gemeinschaft auch ermöglichen, viele andere Aspekte der Astronomie über viele Jahre hinweg zu erforschen.“

Um sein ehrgeiziges wissenschaftliches Ziel zu erreichen, ist Euclid mit einem 1,2-m-Spiegelteleskop ausgestattet, das die beiden innovativen wissenschaftlichen Instrumente speist: VIS, das sehr scharfe Bilder von Galaxien über einen großen Teil des Himmels aufnimmt, und NISP, das das Infrarotlicht von Galaxien nach Wellenlängen analysieren kann, um ihre Entfernung genau zu bestimmen.

Das Raumfahrzeug und die Kommunikation werden vom ESOC aus gesteuert. Um die riesigen Datenmengen, die Euclid erfassen wird, zu bewältigen, wurde das Estrack-Netz der ESA mit Tiefraum-Antennen aufgerüstet. Diese Daten werden vom Euclid-Konsortium analysiert, einer Gruppe von über 2000 Wissenschaftlern aus über 300 Instituten in Europa, den USA, Kanada und Japan.

Im weiteren Verlauf der Mission wird der Datenschatz von Euclid in jährlichen Abständen veröffentlicht und über das Wissenschaftsarchiv im Europäischen Weltraum-Astronomiezentrum der ESA in Spanien für die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft zugänglich gemacht.

„Dies ist eine Sternstunde für die Wissenschaft, auf die wir uns schon lange gefreut haben: der Start von Euclid auf einer Mission zur Entschlüsselung des Rätsels der dunklen Materie und der dunklen Energie“, sagt René Laureijs, der Euclid-Projektwissenschaftler der ESA. „Das große Geheimnis der grundlegenden Bestandteile des Universums steht uns vor Augen und stellt eine gewaltige Herausforderung dar. Dank seines fortschrittlichen Teleskops und seiner leistungsstarken wissenschaftlichen Instrumente ist Euclid in der Lage, uns dabei zu helfen, dieses Geheimnis zu enträtseln.“

Reise zum Lagrange-Punkt 2
In den nächsten vier Wochen wird sich Euclid zum Sonne-Erde-Lagrange-Punkt 2 begeben, einem Gleichgewichtspunkt des Sonne-Erde-Systems, der sich 1,5 Millionen km von der Erde entfernt (etwa das Vierfache der Entfernung Erde-Mond) in der der Sonne entgegengesetzten Richtung befindet. Dort wird Euclid in eine Umlaufbahn um diesen Punkt manövriert, und die Missionskontrolleure beginnen mit der Überprüfung aller Funktionen des Raumfahrzeugs, der Überprüfung des Teleskops und schließlich dem Einschalten der wissenschaftlichen Instrumente.

Anschließend werden die Wissenschaftler:innen und Ingenieur:innen in einer intensiven zweimonatigen Phase die wissenschaftlichen Instrumente von Euclid testen und kalibrieren und sich auf Routinebeobachtungen vorbereiten. Über einen Zeitraum von sechs Jahren wird Euclid ein Drittel des Himmels mit nie da gewesener Genauigkeit und Empfindlichkeit vermessen.

Über Euclid
Euclid ist eine europäische Mission, die von der ESA gebaut und betrieben wird, mit Beiträgen der NASA. Das Euclid-Konsortium ist für die Bereitstellung der wissenschaftlichen Instrumente und die wissenschaftliche Datenanalyse verantwortlich. Die ESA hat Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für den Bau des Satelliten und seines Servicemoduls ausgewählt, während Airbus Defence and Space mit der Entwicklung des Nutzlastmoduls einschließlich des Teleskops beauftragt wurde. Die NASA stellte die Detektoren des Nahinfrarotspektrometers und -photometers (NISP) zur Verfügung. Euclid ist eine Mission mittlerer Klasse im Rahmen des Cosmic Vision Programms der ESA.

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• Euclid auf Falcon 9 (B1080.2)

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Quelle: ESA.

20. Dezember 2021 – Das James-Webb-Weltraumteleskop wurde in fast 30-jähriger Zusammenarbeit zwischen der ESA, der NASA und der kanadischen Weltraumagentur entwickelt, um Licht in die Ursprünge des Kosmos zu bringen.

Das Webb-Teleskop soll frühestens am 24. Dezember mit einer Ariane-5-Rakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana starten. Es wird in einem direkten Tansfer zu seinem Zielorbit in mehr als 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde fliegen. Die 10-Meter-Antenne in Malindi, Kenia, ist Teil des kooperativen Bodenstations-Netzes der ESA namens Estrack und wird vom Boden aus den ersten Kontakt mit dem Weltraumteleskop herstellen und das wichtige „erste Signal“ erfassen.

Ein Signal sagt mehr als tausend Worte
Die erste Botschaft, die das Webb-Teleskop nach Hause schickt, wird als Spitze im Spektrum auf einem Monitor in der Bodenstation in Malindi erscheinen – quasi Webb’s „erste Worte“. Solche Radiowellen-Signale sind unsere einzige Möglichkeit, Kommandos zu senden und Daten zur Erde zu schicken.

Nach diesem ersten Signal wird eine Flut von weiteren Informationen gesendet, die den Flugingenieur*innen Auskunft über den Zustand des Raumfahrzeugs nach der Belastung durch den Start geben und es dem Team im Kontrollzentrum der ESA in Deutschland und dem Team der Italienischen Raumfahrtagentur (ASI) in Malindi ermöglichen, Kommandos und wichtige Missionsinformationen an das Webb-Missionskontrollzentrum der NASA weiterzuleiten.

Das globale Netz von Bodenstationen der ESA, Estrack, stellt diese wichtige Verbindung sicher. Mit einem Durchmesser von 10 Metern und einer relativ flexiblen Ausrichtung wird die Malindi-Station von der ESA in Zusammenarbeit mit ASI für die Start- und frühen Betriebsphasen einer Mission genutzt, bei denen sich eine Rakete oder ein Satellit noch recht schnell in Erdnähe am Horizont bewegen.

Die Station liegt in der Nähe des Äquators – wie auch der europäische Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana. Beim Start von diesem Ort aus erhalten die Raketen durch die dort herrschende schnellere Erdrotation einen zusätzlichen Schub.

Während das NASA-eigene System von Datenrelais-Satelliten in der Umlaufbahn – das Tracking and Data Relay Satellite System (TDRSS) – mit neu gestartete Missionen kommunizieren kann, können nur Bodenstationen wie die des Estrack-Netwerks der ESA und des entsprechenden Netzwerks der NASA den Webb-Flugingenieur*innen die wichtigen Informationen liefern, die am Starttag benötigt werden, nämlich sogenannte „Tracking-Daten“ wie Winkel-, Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessungen.

Vom Start bis zum L2
Etwa 23 Minuten nach dem Start wird die Ariane-5-Trägerrakete am Himmel über Malindi erscheinen, wobei sie über dem westlichen Horizont fliegt und weiterhin ihre wertvolle Fracht trägt. Nur fünf Minuten später trennt sich Webb von der Rakete und tritt seinen Alleinflug ins All an.

Anders als bei den meisten Missionen beginnt das Webb-Teleskop mit der Aussendung seines Signals nach dem Abwurf der Raketenverkleidung (des sog. Fairings), kurz vor der Abtrennung des Weltraumobservatoriums. Das bedeutet, dass das Estrack-Team der ESA bereits vor der Abtrennung von der Rakete mit dem Empfang von Signalen des Webb-Teleskops rechnen kann.

„Es kann sein, dass wir einige Minuten nach der Trennung des Raumfahrzeugs von der Ariane 5 das Signal kurzzeitig verlieren. Zu diesem Zeitpunkt schalten wir von der Verfolgung der Trägerrakete auf die Verfolgung des Weltraumteleskops um“, erklärt Daniel Firre, Leiter des Bodensegments der ESA.

„Die Malindi-Antenne hat sozusagen zwei Köpfe oder ‚Gehirne‘, von denen immer nur eines die Antenne steuern kann. Die jeweiligen Systeme erhalten ihre Befehle dann entweder vom Startbetreiber Arianespace oder vom Webb-Tracking-Computer. Um umzuschalten, halten wir die Antenne für ein paar Sekunden an und stecken das Kabel buchstäblich von einem Kontrollsystem auf das andere um, wobei die Bewegung für etwa 20 Sekunden unterbrochen wird.“

Ab dem Zeitpunkt der Trennung von der Raketen-Oberstufe wird Malindi drei Phasen der Kommunikation mit dem Raumfahrzeug haben; zunächst ist die ESA-Station in der ersten Stunde nach der Trennung in einer Art „Privatgespräch“ mit Webb. Danach schließt sich die Deep Space Antenna der NASA in Canberra an und Malindi dient als Backup. Wenn die Sonde von Canberra aus nicht mehr zu sehen ist, übernimmt Malindi noch einmal das Kommando, bevor die NASA-Station in Madrid weitermacht.

Immer ein Auge auf die Ariane 5
Auch nach der Abtrennung von Webb verfolgt die Station in Malindi weiterhin die Oberstufe der Ariane-Rakete, bis zu etwa einer Stunde und 20 Minuten nach dem Start. Die Antenne verfolgt die Rakete nicht primär – sie verfolgt in diesem Zeitraum Webb – allerdings schweben die beiden Objekte relativ nahe beieinander am Himmel. Da sich Webb in der Nähe der Raketenoberstufe befindet, verbleibt die Ariane bis zum Ende ihrer Mission innerhalb der „Antennenkeule“ von Malindi. Die Mission der Rakete endet mit der „vollständigen Entleerung des Raketenoberstufentanks“ – ganz im Sinne der globalen Richtlinien zur Vermeidung von Weltraummüll.

Vom Start bis zur Abtrennung, von der Signalerfassung bis zu den ersten wissenschaftlichen Daten, die von dieser außerordentlich spannenden Mission geliefert werden, ist die ESA dabei, um diese Mission zu unterstützen und dazu beizutragen, die geheimnisvollen Ursprünge des Kosmos zu ergründen.

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• James Webb Space Telescope (JWST) auf Ariane5 VA256

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Quelle: Airbus Defence and Space.

Toulouse, 7. Dezember 2021 – Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat mit Airbus einen Vertrag über den Bau der Mission Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (Ariel) unterzeichnet. Ariel ist die vierte Mission mittlerer Klasse im Rahmen des ESA-Programms Cosmic Vision.

Ariel wird die Zusammensetzung von Exoplaneten, ihre Entstehung und Entwicklung untersuchen, indem es eine Reihe von etwa 1000 extrasolaren Planeten im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich vermessen wird. Es ist die erste Mission, die sich der genauen Messung der chemischen Zusammensetzung und der thermischen Strukturen von vorbeiziehenden Exoplaneten widmet. Der Auftrag hat einen Wert von rund 200 Millionen Euro.

„Airbus verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Leitung bahnbrechender wissenschaftlicher Missionen, darunter JUICE, Gaia, Solar Orbiter, LISA Pathfinder und CHEOPS, auf der wir für die jüngste ESA-Wissenschaftsmission Ariel aufbauen“, sagte Jean-Marc Nasr, Leiter von Airbus Space Systems.

„Bei Airbus Toulouse, dem größten Raumfahrtstandort in Europa, verfügen wir über alle Ressourcen, Einrichtungen und Fachkenntnisse für die Entwicklung, Fertigung und Integration der Raumfahrzeuge und unterstützen die ESA aktiv bei der Entwicklung der Nutzlast. Airbus Stevenage ist vollständig in das Hauptteam für die Entwicklung der Avionik, der Hochfrequenz-Kommunikation und des elektrischen Designs der Plattform integriert, wie dies bereits bei der Entwicklung von Gaia erfolgreich der Fall war.”

Airbus wird das europäische Industriekonsortium mit mehr als 60 Unterauftragnehmern für den Bau des Satelliten leiten und der ESA Fachwissen und Unterstützung bei der Entwicklung des Nutzlastmoduls zur Verfügung stellen.

„Mit diesem Meilenstein für die Ariel-Mission feiern wir die Fortsetzung der hervorragenden Beziehungen mit unseren Industriepartnern, um Europa bis weit in das nächste Jahrzehnt und darüber hinaus an der Spitze der Erforschung von Exoplaneten zu halten“, sagte Günther Hasinger, Direktor für Wissenschaft der ESA.

Seit der ersten Beobachtung im Jahr 1995 wurden mehr als 5.000 Exoplaneten identifiziert, aber über die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphäre ist nur wenig bekannt. Bestehende Forschungsmissionen liefern Ergebnisse über Exoplaneten (wie der für die ESA von Airbus gebaute CHEOPS), aber Ariel wird die erste Mission sein, die sich der Untersuchung der Atmosphäre einer großen Anzahl von Exoplaneten widmet, einschließlich der Bestimmung der Hauptbestandteile der Atmosphäre und der Charakterisierung von Wolken. Die Beobachtung dieser Welten wird Einblicke in die frühen Stadien der Entstehung von Planeten und Atmosphären und ihre spätere Weiterentwicklung geben und damit zum Verständnis unseres eigenen Sonnensystems beitragen. Sie könnten uns dabei helfen herauszufinden, ob es anderswo in unserem Universum Leben gibt und ob es einen weiteren Planeten wie die Erde gibt.

Die Mission wird sich auf warme und heiße Planeten konzentrieren, von Supererden bis hin zu Gasriesen, die in der Nähe ihrer Muttersterne kreisen und die Zusammensetzung ihrer gut durchmischten Atmosphären entschlüsseln.

Nach dem Start im Jahr 2029 mit einer Ariane-6-Trägerrakete wird Ariel auf eine direkte Transferflugbahn zum zweiten Lagrange-Punkt (L2) gebracht. Dank seiner sehr stabilen thermischen und mechanischen Konstruktion wird das Raumfahrzeug in der Lage sein, Langzeitbeobachtungen desselben Planeten/Sternsystems mit einer Dauer von 10 Stunden bis zu drei Tagen durchzuführen. Die Mission wird vier Jahre dauern, wobei eine Verlängerung um mindestens zwei Jahre möglich ist.

Airbus war Hauptauftragnehmer für die ESA-Mission CHEOPS. Ziel der im Dezember 2019 gestarteten Mission ist die Charakterisierung von Exoplaneten, die nahe Sterne umkreisen. Dabei sollen bekannte Planeten im Größenbereich zwischen Erde und Neptun beobachtet und ihre Radien präzise gemessen werden, um Dichte und Zusammensetzung zu bestimmen.

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• Ariel auf Ariane 6

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Quelle: DLR.

Von dem auch kurz L2 genannten Ort des Kräftegleichgewichts aus wird eROSITA (extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array) die gigantischste kosmische Inventur des heißen Universums beginnen. Das deutsche Weltraumteleskop wird dafür mit seinen sieben Röntgendetektoren den gesamten Himmel beobachten und nach heißen Quellen wie Galaxienhaufen, aktiven Schwarzen Löchern, Supernova-Überresten, Röntgendoppelsternen sowie Neutronensternen suchen und sie kartieren.

„eROSITA’s Röntgenaugen sind die besten, die jemals auf einem Weltraumteleskop gestartet sind. Ihre einmalige Kombination aus Lichtsammelfläche, Gesichtsfeld und Auflösung machen sie circa 20-mal so empfindlich wie das deutsche Teleskop ROSAT in den 1990-er Jahren – High-Tech made in Germany. So wird eROSITA uns dabei helfen, die Struktur des Kosmos und dessen Entwicklung besser zu verstehen. Insbesondere wird das deutsche Teleskop aber dazu beitragen, das Rätsel der Dunklen Energie zu lösen“, betont Dr. Walther Pelzer, Vorstand im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zuständig für das Raumfahrtmanagement, mit dessen Unterstützung eROSITA vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE) gebaut wurde.

Dunkle Energie – ein ‚kosmischer Kraftstoff‘ beschleunigt die Ausdehnung des Universums
Unser Universum dehnt sich seit dem Urknall kontinuierlich aus. Noch bis in die 1990er-Jahre hatte man gedacht, dass diese kosmische Expansion langsamer wird und irgendwann zum Stillstand kommt. Doch dann kamen die Astrophysiker Saul Perlmutter, Adam Riess und Brian Schmidt. Sie beobachteten Sternenexplosionen, die weit sichtbar sind und immer gleich viel Licht abstrahlen. Sie vermaßen ihre Entfernungen und konnten es selbst kaum glauben. „Die beobachteten Supernovae Typ1a waren weniger hell, als man eigentlich erwartet hatte. Damit war klar: Das Universum wird bei seiner Ausdehnung nicht langsamer – ganz im Gegenteil. Es nimmt Fahrt auf und wird mit wachsender Geschwindigkeit immer weiter auseinandergetrieben“, erklärt Dr. Thomas Mernik, eROSITA-Projektleiter beim DLR Raumfahrtmanagement.

Mit dieser Erkenntnis haben die drei Forscher die Wissenschaft auf den Kopf gestellt und bekamen im Jahr 2011 den Nobelpreis für Physik verliehen. Doch Saul Perlmutter, Adam Riess und Brian Schmidt lassen uns mit einer entscheidenden Frage zurück: „Welcher ‚kosmische Kraftstoff‘ treibt das Universum an? Weil man diese Frage bis heute nicht beantworten kann und seine Zutaten nicht kennt, nannte man diesen Beschleuniger einfach Dunkle Energie. eROSITA wird nun versuchen, dem Grund dieser Beschleunigung auf die Spur zu kommen“, erklärt Thomas Mernik.

Galaxienhaufen – ein Schlüssel zur Dunklen Energie
In Wirklichkeit wissen wir nicht viel über unser Universum. Wir kennen gerade einmal die Zutaten von vier Prozent seiner Energiedichte, denn so winzig ist der Anteil von „normaler“ Materie wie Protonen und Neutronen an der „Rezeptur des Weltalls“. Die anderen 96 Prozent sind ein Rätsel. Man vermutet heute, dass 26 Prozent die Dunkle Materie beisteuert.

Der größte Anteil mit geschätzten 70 Prozent macht allerdings die Dunkle Energie aus. Um ihr auf die Spur zu kommen, müssen Wissenschaftler etwas unvorstellbar Großes und extrem Heißes beobachten: „Galaxienhaufen setzen sich aus bis zu einigen tausend Galaxien zusammen, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im gemeinsamen Schwerefeld bewegen. In ihrem Inneren sind diese merkwürdigen Gebilde von einem dünnen, unvorstellbar heißen Gas durchdrungen, das sich durch seine Röntgenstrahlung beobachten lässt. Genau hier kommen die Röntgenaugen von eROSITA ins Spiel. Mit ihnen beobachten wir Galaxienhaufen und schauen, wie sie sich im Universum bewegen und vor allem, wie schnell sie das tun. Diese Bewegung wird uns dann hoffentlich mehr über die Dunkle Energie verraten“, erklärt DLR-Projektleiter Thomas Mernik.

Karte des gesamten heißen Universums – gigantischste kosmische Inventur
Doch nicht nur die Bewegungsmuster der Galaxienhaufen interessieren die Wissenschaftler. Sie wollen diese Gebilde zählen und kartieren. Bis zu 100.000 solcher Haufen sollen die Röntgenaugen von eROSITA „einfangen“ – mehr als jemals zuvor beobachtet wurden. Außerdem sollen weitere heiße Phänomene wie aktive Schwarze Löcher, Supernova-Überreste sowie Röntgendoppel- und Neutronensterne beobachtet und lokalisiert werden. Dafür durchmustert eROSITA alle sechs Monate den gesamten Himmel und erstellt in vier Jahren eine tiefe und detaillierte Karte des Universums im Röntgenbereich. Auf diese Weise wird eROSITA die gigantischste kosmische Inventur des heißen Universums durchführen und uns so dabei helfen, die Struktur des Kosmos und dessen Entwicklung besser zu verstehen.

eROSITA – sieben Röntgenaugen blicken ins Universum
Das deutsche Teleskop setzt sich aus zwei Kernbestandteilen zusammen: seiner Optik und seinen Detektoren. Erstere besteht aus sieben parallel ausgerichteten Spiegelmodulen. Jedes Modul hat einen Durchmesser von 36 Zentimetern und besteht aus 54 ineinander geschachtelten Spiegelschalen, deren Oberfläche aus einem Paraboloid und einem Hyperboloid (Wolter-I-Optik) zusammengesetzt ist. „Die Spiegelmodule sammeln hochenergetische Photonen und leiten diese an die CCD-Röntgenkameras weiter, die speziell für eROSITA in unserem Halbleiterlabor in Garching entwickelt wurden. Sie bilden den zweiten Kernbestandteil von eROSITA und sitzen im Brennpunkt jedes Spiegelsystems. Diese hochempfindlichen Kameras sind die besten ihrer Art und bilden gemeinsam mit den Spiegelmodulen ein Röntgenteleskop, dessen Kombination aus Lichtsammelfläche und Gesichtsfeld unerreicht ist“, erklärt Dr. Peter Predehl, eROSITA-Projektleiter beim Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik.

Spektrum-Röntgen-Gamma – eine Raumfahrtmission mit vielen Partnern
Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG) ist eine Raumfahrtmission mit vielen Partnern. Auf russischer Seite sind die Raumfahrtagentur Roskosmos, der Raumfahrtkonzern Lavochkin sowie das Institut für Weltraumforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften (IKI) eingebunden. Das deutsche Röntgenteleskop eROSITA wurde mit der Unterstützung des DLR Raumfahrtmanagements vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) sowie den Universitäten Erlangen-Nürnberg, Hamburg und Tübingen entwickelt und gebaut. Zudem bereiten die Universitäten München und Bonn die wissenschaftliche Auswertung der eROSITA-Daten mit vor.

Die am deutschen Teleskop beteiligten Partnerinstitute haben Software für die Datenanalyse, Missionsplanung und Simulationen erstellt sowie Teile der Hardware beigestellt. Die hauptsächliche Hardwareverantwortung lag aber im Wesentlichen beim MPE. „Normalerweise wird ein derart komplexes Instrument wie eROSITA von einem großen Institut nur mit Hilfe eines industriellen Hauptauftragnehmers umgesetzt. Wir sind aber mit dem MPE gemeinsam einen anderen Weg gegangen und haben das Institut die Entwicklung in Eigenregie durchführen lassen“, betont Thomas Mernik.

Projektleitung, Produktsicherung und Systemauslegung waren zentrale Aufgaben, die vom MPE selbst erledigt wurden. Dafür wurden andere Aufgaben von dort an die Industrie vergeben – zum Beispiel für die Spiegelfertigung, die Struktur, die Thermalisolierung, mechanische Präzisionsteile, Elektronikplatinen und vieles mehr. „Da wir eROSITA nun auf seine Reise in den Weltraum schicken, kann man rückblickend sagen, dass dieser Ansatz doch sehr erfolgreich und sinnvoll war“, freut sich Thomas Mernik.

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• Spektr-RG mit eROSITA auf Proton-M/DM-03, Baikonur, 81/24

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA.

Wie das „T“ im Namen nahelegt, wird PLATO nach periodisch wiederkehrenden Lichtschwankungen der Sterne beim Transit von Planeten suchen. Ähnlich wie beim Sternenkartographen Gaia ist dies als Massengeschäft angelegt, wenn auch mit bescheideneren Zahlen, weil die Planetensuche sehr viel zeitaufwendiger ist. Beeindruckend ist es trotzdem. Mit 34 kleinen Teleskopen und Kameras wird PLATO auf die Jagd gehen. Damit sollen laut ESA rund eine Million Sterne der näheren Umgebung auf Planeten hin untersucht werden.

PLATO wird, so die ESA weiter, in Verbindung mit bodengestützten Beobachtungen der Radialgeschwindigkeit die Berechnung von Masse und Radius eines Planeten und somit von dessen Dichte erlauben. Dies lasse Rückschlüsse auf seine Zusammensetzung zu. Die ESA erwartet, dass Tausende exoplanetarer Systeme entdeckt werden. Die Mission sei besonderes befähigt, Planeten erdähnlicher Größe und Supererden im bewohnbaren Bereich ihres Zentralgestirns zu identifizieren. Zudem werde die seismische Aktivität von Sternen untersucht. Dies erlaube eine genaue Charakterisierung der Sterne hinsichtlich Masse, Radius und Alter.

Der Start ist spätestens 2024 in Kourou auf einer Sojus-Rakete vorgesehen. Die Missionsdauer ist auf sechs Jahre angelegt, Verlängerung nicht ausgeschlossen. PLATO wird am Lagrange-Punkt L2 positioniert, dem etwa 1,5 Mio. Kilometer von der Erde entfernten Punkt auf der Linie Sonne-Erde, an dem sich die Anziehungskräfte beider Gestirne mit der Fliehkraft aufheben. Dort ist bereits Gaia aktiv. Gaia dient der Himmelskartographie, die Planetenjagd ist nicht ihr primäres Aufgabengebiet. Allerdings kann Gaia feinste Taumelbewegungen von Sternen registrieren, ein Indiz für Planeten der Jupiter-Klasse. Unter anderem derartige Hinweise geben PLATO Ansatzpunkte für die Suche. Ergänzend zu PLATO sind laut ESA präzise Anschlussbeobachtungen durch zukünftige boden- und weltraumgestützte Observatorien vorgesehen.

Im Wettbewerb um den Zuschlag hat sich PLATO gegen EChO (Observatorium zur Charakterisierung von Exoplaneten), LOFT (hochzeitauflösende Röntgenstrahlenbeobachtungen), MarcoPolo-R (Rückführung einer Probe eines erdnahen Asteroiden) und STE-Quest (Erforschung der Raumzeit und Erprobung des Quantenäquivalenzprinzips im Weltraum) durchgesetzt. PLATO ist die dritte ESA-Mission der Kategorie M. Bereits 2011 fiel die Entscheidung für den Sonnenorbiter und die Mission Euclid. Der Sonnenorbiter startet 2017 und wird in weniger als 50 Mio. Kilometer Sonne und Sonnenwind erforschen. Euclid sucht voraussichtlich ab 2020 nach dunkler Energie und dunkler Materie.

Der Beitrag ESA schickt PLATO auf Exo-Planetensuche erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: ESA.

Dabei haben alle Ergebnisse den Erwartungen entsprochen. Der Orbit liegt in einem Bereich von 263.000 x 707.000 x 370.000 km um L2 in etwa 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde. In der nächsten Woche wird ein weiteres Korrekturmanöver durchgeführt, um die Position zu stabilisieren.

Zur Aktivierung der 7 Videosteuerungseinheiten und der 106 Detektorchips wurden mehr als 20.000 Einzelkommandos gegeben und die jeweiligen Resultate zwischenzeitlich ausgewertet. Die gesamte Prozedur nahm am 3. Januar vier bis 5 Stunden in Anspruch und war bis etwa 17 Uhr MEZ so weit abgeschlossen, dass Kalibrierungs- und Messdaten erzeugt wurden.

Zunächst stammten diese vom Basiswinkelsensor, mit dem der Winkel zwischen den beiden Hauptspiegeln mit großer Genauigkeit unter Zuhilfenahme eines durch einen Laser erzeugten sogenannten künstlichen Sterns, bestimmt wird. Über Veränderungen im Interferenzmuster des zuvor geteilten, über verschiedene Spiegel und Filter geleiteten und schließlich wieder vereinten Strahls lässt sich eine Winkelvarianz ermitteln, die einem Hunderttausendstel der Größe eines Pixels entspricht. Dies ist eine bisher unerreichte Präzision. Anschließend wurden auch erste Bilder übertragen, die aufgrund der noch fehlenden Rotation der Raumsonde aber nur Kalibrierungszwecken dienten und in erster Linie Störsignale durch auf die Sensoren auftreffende geladene Partikel zeigten. Diese müssen später aus den Daten herausgerechnet werden. Also ist auch deren genaue Kenntnis erforderlich.

Gaia soll im Laufe von gut 5 Jahren dem gesamten Himmel während einer langsamen Rotation 70 Mal abscannen und dabei die Positionen, Helligkeiten, Bewegungsrichtungen und -geschwindigkeiten sowie Spektren von etwa einer Milliarde Sternen unserer Galaxie mit höchter Präzision erfassen. Nebenprodukte sind dabei Asteroiden und Kometen in unserem Planetensystem sowie leuchtstarke Objekte außerhalb unserer Sterneninsel. Insgesamt verfügen die Sensoren des Weltraumteleskops über knapp 1 Milliarde Bildelemente (1 Gigapixel).

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• Gaia

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Ein Beitrag von Thomas Weyrauch. Quelle: Arianespace, DLR, ESA.

Der Start erfolgte vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guayana aus. Die in Russland von TsSKB-Progress gebaute Sojus-Rakete mit einer Fregat-Oberstufe vom russischen Hersteller NPO Lawotschkin hob wie geplant um 10.12 Uhr und 19 Sekunden MEZ von der in Kourou existierenden Sojus-Startrampe ab, nachdem ihre fünf Haupttriebwerke 3 Sekunden vorher vollen Schub erreicht hatten. Beim Abheben liefen alle Triebwerke der vier Außenblocks, sowie das des Zentralblocks zusammen.

Nach einer Flugzeit von einer Minute und 58 Sekunden wurden die Außenblocks, wegen ihres Aussehens scherzhaft auch als Mohrrüben bezeichnet, abgeworfen und der Zentralblock sorgte alleine für den weiteren Aufstieg des Projektils. Als eine ausreichend große Höhe erreicht war, wurde die die Oberstufe und Gaia als Nutzlast umschließende Nutzlastverkleidung nach 3 Minuten, 40 Sekunden Flugzeit abgeworfen, nachdem sie ihre Schutzfunktion in den dichteren Schichten der Atmosphäre erfüllt hatte. Der Zentralblock, der in seinen Triebwerken genau wie in denen der Außenblocks Kerosin mit flüssigem Sauerstoff (LOX) verbrannte, stellte rund eine Minute später seine Arbeit ein und wurde nach 4 Minuten und 48 Sekunden Gesamtflugzeit abgeworfen.

Die zweite oder, je nach Betrachtung der Konstruktion mit Zentral- und Außenblocks, dritte Stufe der Rakete hatte anschließend die Aufgabe, Geschwindigkeit und Flughöhe des Fluggeräts weiter zu steigern. Die Stufe verbrannte in ihren Triebwerken ebenfalls Kerosin mit flüssigem Sauerstoff und hatte ihre Arbeit mit ihrer Abtrennung nach einer Gesamtflugzeit von 9 Minuten und 23 Sekunden erledigt.

Rund eine Minute später zündete die unsymmetrisches Dimethylhydrazin (UDMH) mit Distickstofftetroxid (NTO) verbrennende Fregat-Oberstufe ihre Triebwerke für eine erste Brennphase. Diese war nach einer Gesamtflugzeit von 12 Minuten und 39 Sekunden beendet. Die Oberstufe und auf ihr eine Nutzlast mit einer Gesamtmasse von 2.105 kg (lt. Arianespace) befanden sich nun auf einer Parkbahn rund 175 km über der Erde.

Die zweite Brennphase der Fregat-Oberstufe begann 21 Minuten und 25 Sekunden nach dem Abheben und endete nach 36 Minuten und 59 Sekunden Gesamtflugzeit auf einer Fluchtbahn von der Erde. Die Oberstufe manövrierte sich anschließend in eine Fluglage, die für eine Aussetzen von Gaia geeignet war. Dann wurde das Weltraumteleskop mit einer Startmasse von 2.034 Kilogramm (lt. Arianespace) 41 Minuten und 59 Sekunden nach dem Start ausgesetzt.

Das Europäische Bahnverfolgssystem (ESTRAC) hatte Gaia zwischenzeitlich erfasst und überwacht, nach der Abtrennung von der Oberstufe konnte Gaia vom europäischen Raumflugkontrollzentrum der ESA (ESOC) in Darmstadt kontrolliert und gesteuert werden, während die Systeme des vom europäischen Raumfahrtkonzern EADS Astrium gebauten Satelliten hochfuhren und automatische Sequenzen anliefen. Dabei wurden unter anderem Kommunikationstransceiver des Satelliten aktiviert und Gaia musste eine konkrete Ausrichtung zur Sonne einnehmen.

Eine Stunde und 17 Minuten nach dem Abheben begann eine wichtige Sequenz, nämlich das Entfalten von Gaias Sonnenschild, ohne den das Teleskop seinen Beobachtungsauftrag nicht durchführen kann. 10 Minuten später hatte der Schild seine maximale Ausdehnung – Durchmesser rund 10,5 Meter – erreicht und beim Flugleitzentrum gingen Telemetriedaten ein, die den erfolgreichen Abschluss der Aktion bestätigten. Der Schild wird also eine definierte Arbeitstemperatur der Beobachtungsinstrumente an Bord von Gaia sicherstellen können.

Während des Entfaltungsvorgangs befand sich Gaia bereits auf dem Weg zum rund 1,5 Millionen Kilometer entfernten Lagrangepunkt 2 (L 2) des Sonne-Erde-Systems, den das Raumfahrzeug in rund drei Wochen erreichen wird. Unterwegs sind drei Kurskorrekturren für Gaia eingeplant. Eine erste Zündung der Bordtriebwerke von Gaia ist für den (heutigen) 20. Dezember 2013 vorgesehen. 20 Tage nach dem Start soll eine weitere Brennphase der Bordtriebwerke für das Erreichen des Einsatzorbits um L 2 sorgen.

Damit Gaia nach Erreichen der vorgesehenen Bahn ab März 2014 erste Daten liefern kann, beginnt man eine rund vier Monate dauernde Einsatzerprobungsphase bereits beim Überflug Richtung L 2. In ihrem Rahmen werden sämtliche Systeme und Instrumente an Bord des Weltraumteleskops aktiviert und soweit erforderlich kalibriert.

Ist das dreiachsstabilisierte Weltraumteleskop bereit, kann es Daten für die bisher genaueste Karte unserer Milchstraße sammeln, und hoffentlich Hinweise auf Ursprung und Entstehungsgeschichte unserer Heimatgalaxie liefern. Endgültige Ergebnisse von Gaias Arbeit werden ab 2021 erwartet, wenn Positionen und Bewegungen von etwa 1 % der insgesamt geschätzt rund 100 Milliarden Sterne erfasst und die entsprechenden Daten auf geeignete Art und Weise verarbeitet wurden.

Mit seinen beiden hoch genauen Teleskopen und der Kamera mit 106 einzelnen lichtempfindlichen CCD-Sensoren und nicht ganz einer Milliarde Pixel kann Gaia durchschnittlich 250 Sterne pro Sekunde beobachten, hofft man. Lässt sich das über einen Großteil der geplanten Einsatzdauer von 5,5 Jahren durchhalten, entsteht eine Datenmenge von rund einem Petabyte, entsprechend der Speicherkapazität von circa 200.000 DVDs.

Dem ESOC fällt beim Empfang der erwarteten Datenmengen die Federführung zu, ein DPAC genanntes Konsortium zur Verarbeitung und Analyse der Gaia-Daten mit über 400 Mitarbeitern aus wissenschaftlichen Instituten aus ganz Europa soll sich der Nutzbarmachung und Auswertung widmen.

Die Bereitstellung von Software und Infrastruktur zur Weiterverarbeitung der Daten erfolgt maßgeblich durch das Astronomische Rechen-Institut (ARI) am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) und das Lohrmann-Observatorium der TU Dresden.

Gaia war der 25. wissenschaftliche Satellit, der unter der Ägide von Arianespace in den Weltraum transportiert wurde.

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• Gaia – Vorbereitung / Start
• Gaia – Mission / Wissenschaft

Der Beitrag Gaia wohlbehalten im All angekommen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: ESA, Raumcon, Astrostammtisch Leipzig.

Der Start soll morgen gegen 10.12 Uhr MEZ an der Spitze einer Sojus-Trägerrakete erfolgen. Im Verlaufe mehrerer Wochen soll das Weltraumteleskop dann seine Arbeitsposition etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt auf der sonnenabgewandten Seite beziehen. Hier sorgen die Schwerkraft der Sonne und der Erde gemeinsam dafür, dass ein Raumfahrzeug mit derselben Winkelgeschwindigkeit die Sonne umrundet, wie die Erde, also von uns aus gesehen, stets im selben Bereich neben unserem Heimatplaneten verbleibt.

Gaia versteht sich als Nachfolgeprojekt von Hipparcos (1989 bis 1993), dessen Ergebnis die genaue Vermessung von etwa 118.000 Sternen unserer Galaxie war. Folgearbeiten haben außerdem zufriedenstellende Positionsdaten für mehrere Millionen weitere Sterne erbracht. Gaia soll diese Daten nun präzisieren und bedeutend erweitern. Damit verfügt man am Ende des Projekts, die endgültige Publikation ist für 2022 geplant, über ausreichend viele und genaue Daten, um ein dreidimensionales Modell der Milchstraße zu erstellen, mit dem man durch Simulationen viel über Entstehung und Entwicklung von Spiralgalaxien im Allgemeinen und der Galaxis im Speziellen lernen und verstehen möchte.

Nebenbei möchte man auch eine Vielzahl (mindestens im Tausenderbereich) bisher unbekannter Brauner und Weißer Zwerge, Exoplaneten sowie Asteroiden und Kometen in unserem Planetensystem und Supernovae in den Weiten des Universums aufspüren. Außerdem kann man mit hoher Genauigkeit Raumkrümmungen ermitteln, die von der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein beschrieben werden.

Mit Hilfe dreier sehr genauer Messeinrichtungen kann man nicht nur die Positionen und Entfernungen der Sterne erfassen, sondern auch Sternspektren und damit Temperatur und Größe der Sterne, die Metallizität der Sterne sowie Richtung und Geschwindigkeit ihrer Bewegungen uns gegenüber. Dabei lassen sich auch kleine Varianzen ermitteln, die Rückschlüsse auf das Vorhandensein von Planeten in deren Umfeld zulassen.

Das Feld Exoplaneten kann man obendrein mit drei, möglicherweise sogar fünf verschiedenen Methoden beackern. Zum Einen kann man an der Art eines periodisch auftretenden, zeitweiligen Helligkeitsabfalls erkennen, wenn ein Planet zwischen unserer Position und dem Stern hindurchzieht (Transitmethode). Die Erde beispielsweise könnte für einen Außenstehenden einen Helligkeitsabfall von etwa 0,465% verursachen. Bisher arbeiteten die Weltraumteleskope CoRoT (ESA) und Kepler (NASA) nach diesem Verfahren, mittlerweile gibt es aber auch viele irdische Teleskope im Profi- und Amateurbereich, die sich an der Jagd auf Exoplaneten beteiligen.

Die zweite Methode funktioniert über die Messung der Radialgeschwindigkeit von Sternen. Haben diese einen oder mehrere Planeten, so bewegen sie sich um einen gemeinsamen Schwerpunkt auf einer kreisähnlichen Bahn. Dabei kommen sie unserer Position manchmal näher, manchmal entfernen sie sich von uns. Dabei ergibt sich eine Rot- bzw. Blauverschiebung des ausgesandten Lichtes, da die Lichtwellen mal gestreckt, mal gestaucht werden. Diese Methode ist sehr empfindlich. Außerdem hat Gaia dafür einen speziellen Detektorbereich. Die Erde verursacht, dass unsere Sonne für einen außenstehenden Beobachter mit maximal 9 Zentimeter pro Sekunde vor und zurück wackelt, wenn dieser sich in der Ebene der Ekliptik befindet.

Aufgrund des sehr fein auflösenden Detektorfeldes aus ladungsgekoppelten Bauteilen (CCD = charge coupled device) sollten sich größere Exoplaneten bei nicht weit entfernten Sternen auch direkt abbilden lassen. Außerdem kann man ebenso aus den Schwankungen der Abstände von Sternen gegeneinander auf die Existenz von Exoplaneten schließen (Astrometriemethode). Schließlich könnten auch sogenannte Mikrogravitationslinsen die Anwesenheit von Exoplaneten verraten, wenn sie dahinter liegende Sterne kurzzeitig vergrößern.

Insgesamt verfügt Gaia über ein Feld von 106 CCD-Chips mit annähernd 1 Milliarde Einzeldetektoren. Das sind fast 1.000 Megapixel oder 1 Gigapixel. Daraus ergibt sich ein hohes Auflösungsvermögen, besonders im Astrometriebereich bis zu Sternen 20. Helligkeitsklasse (Magnitude), von „einigen Millionstel“ einer Bogensekunde. Auch die spektrale Auflösung des Photometerbereiches von 3 bis 27 Nanometern pro Pixel ist für ein Weltraumteleskop herausragend. Komplettiert wird das System durch die Spektroskopie mit einer Genauigkeit von einem Elftausendfünfhundertstel der Wellenlänge im Infraroten Licht.

Alle Detektoren, also das Radialgeschwindigkeitsspektrometer, Wellenfrontdetektoren, das Astrometriefeld, der Baisiswinkelmonitor, ein Weitfeldspektrometer, ein „Blau“-Licht-Photometer (330 bis 680 nm, also ultraviolett über blau bis hellrot), ein „Rot“-Licht-Photometer (640 bis 1050 nm, also rot bis infrarot) sowie ein Infrarot-Spektrometer (845 bis 872 nm) teilen sich die 106 CCDs innerhalb der Brennebene. Zuvor wird das Licht von 2 Hauptspiegeln mit den Abmessungen 1,45 m mal 0,50 m eingefangen und fokussiert und in das System geleitet. Hier wird es über mehrere Umlenkspiegel den entsprechenden Messkomplexen zugeführt und teilweise durch Prismen oder Gitter spektral zerlegt und zum Teil durch einen Lichtwegkorrektor geschickt. Die Brennweite der rechteckigen aber sphärischen Hauptspiegel liegt bei 35 Metern.

Nach dem Start soll es einige Monate dauern, alle Systeme in Betrieb zu nehmen, zu testen und zu eichen. Danach ist ein mehrjähriger Messbetrieb geplant. Die Nutzungsdauer kann verlängert werden, da man kein Kühlmittel verwendet, was ausgehen könnte. Begrenzt wird sie aber durch den Vorrat an Kaltgas, welches zur genauen Ausrichtung des Teleskops verwendet wird.

Ein etwa 10 Meter großer im All entfaltbarer Schirm soll das Licht der Sonne von den empfindlichen Instrumenten fern halten. Die Veröffentlichung der Endergebnisse in einem neuen Sternkatalog mit genaueren Positions- und Spektraldaten, Angaben über Bewegungsrichtungen und -geschwindigkeiten sowie die Zusammensetzung und das Alter von einer Milliarde Sterne der Milchstraße soll 2022 erfolgen. Hoffen wir, dass wir zwischendurch ebenfalls recht oft von neuen und spektakulären Entdeckungen hören und sehen können.

Gaia auf der ESA-Seite:

• Science with 1 billion objects in three dimensions

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• Gaia

Der Beitrag Gaia: ESA startet Kartografieprojekt der Milchstraße erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: ESA, Planck Collaboration, Raumcon.

Dem Missionsende am kommenden Mittwoch gingen sowohl die am Samstag den 19. Oktober erfolgte Abschaltung des letzten wissenschaftlichen Instruments an Bord, als auch der erst gestern durchgeführte Einschuss des Weltraumteleskops in einen finalen Parkorbit voraus. Damit verlässt das Raumfahrzeug seine bisherige Position im Orbit um den Lagrange-Punkt 2 des Erde-Sonne Systems, in den es, wenige Wochen nach seinem Start mit einem Ariane 5 ECA am 14. Mai 2009, eingeschwenkt war. Die mit demselben Ariane-Flug transportierte Schwestermission Herschel ging ebenfalls bereits in diesem Jahr außer Betrieb. Ursache für die planmäßige Stilllegung beider Geräte waren die endgültig aufgebrauchten Vorräte an mitgeführtem Kühlmittel für die Präzisionssensoren. Insgesamt führte Planck zu Beginn seiner Reise mehrere hundert Liter flüssigen Heliums und Wasserstoffs zu diesem Zweck mit. Das empfindlichere von Plancks Instrumenten, das High Frequency Instrument (HFI) mit einer erforderlichen Betriebstemperatur zwischen 0,1 und 1,6 Kelvin, war entsprechend bereits im Januar 2012 deaktiviert worden.

Ursprünglich war eine wissenschaftlich produktive Einsatzdauer von nicht einmal zwei Jahren geplant, die von beiden Instrumenten übertroffen werden konnte. Für das Low Frequency Instrument (LFI) endete der eigentliche Betrieb mit dem Sammeln von Beobachtungsdaten am 3. Oktober 2013 nach der fünften Durchmusterung des gesamten Himmels.

Planck, im Jahr 1996 konkret angekündigt, stellte zusammen mit Herschel die Abschlussmission des bereits 1984 angelaufenen Horizon 2000-Programms der ESA zur wissenschaftlichen Erforschung des Kosmos durch Raummissionen dar. Die Fortsetzung der erprobten Missionsreihe wird gegenwärtig mit dem sogenannten Horizon 2000+-Konzept (Gaia, BepiColombo) weitergeführt und zukünftig von Cosmic Vision 2015-2025 (Solar Orbiter, Euclid, JUICE) ersetzt werden.

Das primäre Missionsziel war, von Anfang an, die bisher genaueste, flächendeckende Kartierung der kosmischen Hintergrundstrahlung im Mikrowellen-Bereich (CMB), zur Überprüfung bisher empirisch unbestätigter Erklärungsansätze zu Natur und Entwicklung des Universums. Plancks Vorgänger COBE und WMAP hatten auf diesem Gebiet schon zuvor Ergebnisse geliefert, jedoch nicht in vergleichbarer Detailqualität, wie die vom Planck-Konsortium am 21. März 2013 veröffentlichen Flächenkarten des CMB zeigten.

Der kosmische Mikrowellenhintergrund bildet die Materie- und Strahlungsverteilung des frühen Universums nur rund 380.000 Jahre nach dem Urknall ab, als dieses erstmals ausreichend „abgekühlt“ war um für messbare Strahlung durchlässig zu sein. Interessant ist dabei, dass diese ältestmögliche Strahlung, stammend aus einem Moment nur einen kosmischen Bruchteil nach dem Beginn der Zeit, geringe räumliche Unterschiede in ihrer Intensität aufweist, die sich mit den Mustern der Materiedistribution unseres heutigen Universums, mehr als 13,82 Milliarden Jahre später, abgleichen und in Verbindung setzen lassen. Planck ermöglichte die verbesserte Darstellung dieses Zusammenhangs, warf aber mit der gleichzeitigen Entdeckung großflächiger Asymmetrien und „kalter Flecken“ im Sensorbild des Hintergrunds auch neue, bisher nicht vollständig gelöste Fragen auf.

Unter anderem zum Abgleich des CMB, wurde von Planck auch umfangreiches Datenmaterial über die Position von Galaxienhaufen, die Gas-Filamenten zwischen ihnen, und weitere makroskopische, massereiche Gebilde im Universum, etwa Ansammlungen sogenannter „Dunkler Materie“, produziert. Dabei konnte der „Sunyaev-Zel’dovich-Effekt“ ausgenutzt und einer direkten Überprüfung unterzogen werden. Im Zuge dessen ergab sich auch eine in neuer Qualität fundierte Schätzung über die anteilsmäßige Zusammensetzung des Universums: neben den nur 4,9%, die die klassische, baryonische Materie ausmacht, wurde die Dunkle Materie mit nun immerhin 26,8% und die Dunkle Energie mit 68,3% beziffert. Quasi als Nebenprodukt seiner Beobachtungstätigkeit konnte Planck weiterhin auch kleinere kosmische Phänomene, etwa bisher unverstandene, warme Staubstrukturen in der Raumebene unserer Milchstraße, entdecken. Sogar zum Alter, und damit ebenfalls zur Expansionsrate des Universums, konnten nach Übermittlung von Plancks Aufnahmen neue Aussagen getroffen werden. Mit einem Alter von, wie bereits genannt, 13,82 Milliarden Jahren, erwies sich das Universum als geringfügig älter als bisher angenommen. Entsprechend konnte die „Hubble-Konstante“ H0 im Laufe der Mission auf nur 67,15 +/- 1,2 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec präzisiert werden: Weniger als von bisherigen Messungen angedeutet.

Erst vor wenigen Tagen konnte, mit Hilfe von Herschel, die Tür in eine bislang unerreichbar frühe Periode des Universums aufgestoßen werden: Wie sich herausstellte, ist es grundsätzlich möglich Informationen über die Beschaffenheit des Universums noch während seines „undurchsichtigen“ Lebensabschnitts durch Teleskope zu erlangen. Plancks Daten werden, so hofft man, schon im kommenden Jahr Herschels Vorarbeit ergänzen können. Es geht darum, bestimmte polarisierte Anteile der kosmischen Hintergrundstrahlung, sogenannte „primordiale B-modes“, nachzuweisen. Sie wurden von Gravitationseffekten beeinflusst, die noch deutlich älter als das unmittelbar sichtbare Universum sind und entsprechend Rückschlüsse auf die frühe Zeitperiode ihres Ursprungs erlauben.

Immer wieder wurde bei den Veröffentlichungen auf Planck gestützter Resultate während der letzten Monate deutlich, dass die beteiligten wissenschaftlichen Institute und Forschungsgruppen mit den erbrachten Leistungen ihres Teleskops außerordentlich zufrieden sind. Ebenso oft wurde auf das Potential der verbleibenden, noch nicht ausgewerteten Datenvorräte der Mission hingewiesen, die noch für die kommenden Jahre weiterführende Ergebnisse versprächen. Dennoch unterlag auch Planck, so viel lässt sich mit einiger Sicherheit bereits jetzt vermuten, unausweichlich Fluch und Segen der modernen (Astro-)Physik: aus jedem mit großem Aufwand gelüfteten Geheimnis des Kosmos ergaben sich bisher (mindestens) zwei Neue. Die Weiterführung der begonnenen kosmologischen Gralssuche wird das Privileg der nächsten Generation von Weltraumteleskopen bleiben. Planck jedenfalls, kann nach seiner erbrachten Leistung den Staffelstab mit Stolz und einiger Zuversicht übergeben.

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• Ariane 5 ECA V-188 mit *Herschel* / *Planck*
• Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Der Beitrag Planck im Ruhestand erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: eROSITA Science Book.

Die Missionsplanung sieht vor, in den ersten vier Jahren 8 komplette Durchmusterungen durchzuführen, danach sollen mindestens 3,5 Jahre gezielte Beobachtungen vorgenommen werden. Im Bereich weicher Röntgenstrahlung (0,5-2 keV) stellt eROSITA damit den Nachfolger der ROSAT-Mission (ich glaub wir alle erinnern uns noch an den Absturz ;)) dar, während im Bereich von 2-10 keV eROSITA die erste wirklich komplette Durchmusterungsmission überhaupt darstellt.

Die Röntgenoptik basiert auf dem System der (gescheiterten) ABRIXAS-Mission. Aufgrund eines Designfehlers ging der Satellit leider direkt nach dem Start verloren. eROSITA besitzt also auch 7 einzelne Teleskopmodule. Es handelt sich dabei um Wolter-Teleskope mit jeweils 54 Spiegelschalen. Das Blickfeld von eROSITA beträgt 1° x 1°, dabei wird eine Winkelauflösung von etwa 15 Bogensekunden im Zentrum erreicht. Unter günstigen Bedingungen ist es mithilfe von Subpixel-Rekonstruktionsalgorithmen sogar möglich, die Auflösung auf bis zu 2 Bogensekunden zu senken. Die einzelnen Spiegelschalen müssen dafür extrem präzise gearbeitet sein, ihre Oberflächenrauigkeit liegt unter 0,5 Nanometern. Es handelt sich dabei um Nickelschalen mit Goldbeschichtung. Das bedeutet, dass die Oberfläche auf 2-3 Atomlagen genau gearbeitet ist. Insgesamt wiegt eROSITA etwa 800 kg.

Der Satellit Spektr-RG wird um den Sonne-Erde-L2 kreisen. Dies ist ein Punkt, der von der Sonne aus 1,5 Mio Kilometer hinter der Erde liegt. Um diesen Punkt können Satelliten stabil auf sogenannten Lissajous-Orbits kreisen. Aufgrund der großen Entfernung zur Erde herrschen dort immer die gleichen Bedingungen zur Beobachtung. Daher wird dieser Punkt von immer mehr Weltraumteleskopen genutzt. So haben Herschel und Planck hier ihre Mission erfüllt, viele weitere Missionen werden folgen. Ein Nachteil an diesem Punkt ist jedoch die erhöhte Strahlenbelastung, da hier das schützende Magnetfeld der Erde nicht mehr wirksam ist. Die für eROSITA verwendeten CCDs haben jedoch bei Bodentests nachgewiesen, dass diese Effekte ihre Leistung nicht einschränken.

Nach dem Start mit einer Rakete vom Typ Zenit-3F wird Spektr-RG etwa 3 Monate brauchen, bis der Zielorbit erreicht wird. Dann wird Spektr-RG innerhalb von 6 Monaten einmal um den L2 kreisen. Der Abstand zu diesem Punkt wird dabei rund 1 Million Kilometer betragen. In diesem Orbit wird eROSITA sich so drehen, dass innerhalb von 4 Stunden eine komplette Rotation durchgeführt und somit ein großer Himmelskreis abgetastet wird. Die Drehachse ist dabei zur Sonne hin ausgerichtet.

Mit diesem Verhalten wird der Himmel alle sechs Monate komplett aufgenommen sein. Aufgrund dieser Beobachtungsplanung wird eROSITA die Umgebung der Himmelspole deutlich öfter und länger beobachten als Objekte im Bereich des Himmelsäquators und daher in diesem Bereich eine bessere Datenqualität liefern. Um diese höchste Qualität für einen möglichst großen Bereich von etwa 100 Quadratgrad zu erzielen, wird die Rotationsachse von Spektr-RG um wenige Grad variiert werden.

Im Verlauf der Mission wird eROSITA eine Vielzahl von Objekten erfassen, entdecken und katalogisieren können. Unter anderem sollen alle massereichen Galaxiencluster im beobachtbaren Universum entdeckt werden können. Mit den daraus gewinnbaren Informationen können die Parameter für einige kosmologische Modelle 1-2 Größenordnungen präziser als mit bisherigen Röntgen-Beobachtungen gewonnen werden.

eROSITA wird auch normale Galaxien sowie aktive Galaxienkerne (AGN) entdecken. Alleine drei Millionen AGN sollen mit eROSITA erfasst werden können. Da diese Objekte alle 6 Monate beobachtet werden, kann erstmals für eine große Anzahl von AGN über einen längeren Zeitraum hinweg die Entwicklung der Helligkeit beobachtet werden. Das ist vor allem interessant für Galaxien, die normalerweise nicht aktiv sind, sondern nur bei einzelnen Ereignissen aufleuchten. Das kann zum Beispiel passieren, wenn das zentrale schwarze Loch mal einen Stern verschluckt. Erwartet wird die Entdeckung von etwa 1.000 solcher Ereignisse im Verlauf der Mission.

Durch die Beobachtung des Helligkeitsverlaufs lässt sich rekonstruieren, wie viel Masse die supermassiven schwarzen Löcher innerhalb von AGNs im Lauf der Beobachtungszeit aufnehmen. Damit können Modelle überprüft oder verfeinert werden, die sich mit dem langfristigen Wachstum dieser Objekte beschäftigen.

Neben aktiven Galaxienkernen werden auch normale Galaxien erfasst werden können, deren Röntgenstrahlung von stellaren Quellen innerhalb der Galaxie stammt und nicht vom schwarzen Loch in ihrem Zentrum. Hier wird die Entdeckung von etwa 15.000 bis 20.000 Galaxien erwartet. Bei relativ nahen Galaxien können sogar die hellsten Röntgenquellen innerhalb der Galaxien einzeln identifiziert werden.

Auch in unserer Galaxie gibt es eine Vielzahl von Röntgenquellen. Stellare schwarze Löcher zählen ebenso dazu, wie weiße Zwerge oder Neutronensterne. eROSITA soll mehrere 10.000 solcher Objekte in unserer Milchstraße beobachten können. Auch in unseren Nachbargalaxien wird eROSITA viele einzelne Röntgenquellen erfassen und beobachten.

Neben einzelnen Objekten erzeugt auch heiße interstellare Materie Röntgenstrahlung. eROSITA wird damit auch die Struktur und Verteilung dieses Materials erforschen können und somit vielleicht auch zur Beantwortung ungeklärter Fragen beitragen. So besitzt unsere Milchstraße die sogenannten „Fermi-Blasen“. Dies sind zwei kugelförmige Quellen hochenergetischer Strahlung, die zuerst vom Fermi-Teleskop für Gammastrahlen nachgewiesen werden konnten. Es wird vermutet, dass sie in einer aktiven Phase unseres galaktischen Zentrums entstanden sind, allerdings sind die genauen Ereignisse, die zur Bildung führten, noch unklar.

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• Russische Weltraumteleskope: Die Spektr-Serie

Der Beitrag Röntgenteleskop eROSITA: Das allsehende Auge erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: ESA, NASA, Autor.

Die Instrumente von EChO

Die gesamte EChO-Sonde ist in drei Bereiche aufgeteilt: Das Teleskop, die Einheit mit den Messinstrumenten und das sogenannte Servicemodul. Wichtigstes Element ist das Teleskop, ein afokales Korsch-Teleskop mit einer Spiegelgröße von 1,28 Meter. Hinter dem Teleskop, genauer gesagt hinter dem Hauptspiegel, sind die Messinstrumente positioniert. Dazu gehören Spektrometer, Detektoren und Kameras. Wiederum hinter den Instrumenten sitzt eine passive Kühlung. Daher wird der Bereich hinter dem Hauptspiegel des Teleskops auch als „kalter Bereich“ bezeichnet.

Unterhalb der Instrumente ist das sogenannte Servicemodul platziert. Darin sitzen die Instrumente, die bei ihrem Betrieb Wärme erzeugen (die Instrumentenkontrolle, die Elektronik für die Detektoren und Teile der aktiven Kühlung). Die Wärme dieses Bereichs wird durch Abschirmungen vom kalten Bereich ferngehalten um die Messungen nicht zu beeinflussen.

FINESSE

FINESSE steht für Fast Infrared Exoplanet Spectroscopy Survey Explorer. Der Start der NASA-Sonde ist für das Jahr 2017 vorgesehen und das Gerät soll mit seinem Teleskop und seinen Messgeräten 200 bekannte Exoplaneten, die per Transitmethode festgestellt wurden, untersuchen. Auch dabei stehen die Atmosphären der Planeten im Mittelpunkt. FINESSE wird in der Lage sein, die Zusammensetzung, die thermische Struktur und die Chemie der exoplanetaren Atmosphären untersuchen und soll dadurch eine Kategorisierung der Exoplaneten ermöglichen, um sie besser miteinander vergleichen zu können.

Die Ziele der Sonde im Einzelnen:

• Die Untersuchung der Zusammensetzung und thermischen Struktur der Atmosphären, um detalliertere Kenntnis über die physikalischen und chemischen Prozesse innerhalb der Atmosphären zu erwerben.
• Die Untersuchung der Veränderungen von Zusammensetzung und Temperatur entlang der Längenkreise und in bestimmten zeitlichen Abständen, insbesondere bei den Tag-Nacht-Unterschieden, die dabei helfen sollen, die klimatischen Zustände und den Einfluss der Muttersterne zu verstehen.

Umlaufbahn und Instrumente

Die Sonde wird in einer Umlaufbahn mit einer Höhe von 570 Kilometern über der Erde positioniert. Damit die Solarzellenpaneele ständig Sonnenlicht erhalten, verläuft der Orbit an der Tag-Nacht-Grenze von Pol zu Pol. So können die Paneele der Sonne zugewendet werden, während die Instrumente in die Dunkelheit gerichtet sind. Die Instrumente an Bord der Sonde werden auf -166 °C heruntergekühlt, indem die Wärme sowohl der Erde als auch der Sonne durch zwei Schilde abgeschirmt wird. Für die aktive Kühlung wird ein Kühlgerät eingesetzt.

Hauptinstrument an Bord ist ein 76-Zentimeter-Teleskop mit einem Spektrometer und der Elektronik, um Teleskop und Nachführeinrichtung zu kontrollieren. Während das Teleskop das Licht sammelt, wird durch das Spektrometer festgestellt, aus welchen Bestandteilen die exoplanetare Atmosphäre des jeweiligen Planeten besteht. Das Design des Spektrometers wird dem Moon-Mineralogy-Mapper-Instrument nachempfunden sein, welcher an Bord der indischen Sonde Chandrayaan-1 zum Mond geflogen ist.

Die Sonde soll im Jahr 2017 starten, die ersten Daten werden für den April 2017 erwartet. Die Mission soll im Jahre 2019 beendet sein.

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• Exoplaneten

Der Beitrag Die Atmosphären von Exoplaneten – Teil 2 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: ESA, Autor.

Inzwischen sind über 800 Exoplaneten bekannt und die Raumsonde Kepler hat noch über 2.700 Kandidaten detektiert (Stand: 27.02.2013). Die Entdeckung von Exoplaneten hat den Reiz des Neuen weitgehend eingebüßt. Mediale Aufmerksamkeit wird nur noch Entdeckungen geschenkt, bei denen die Vermutung im Raum steht, es handele sich um einen Gesteinsplaneten, weil damit implizit die Frage nach der Existenz von Leben verbunden ist.

Mit immer genaueren Messmöglichkeiten geht es nun darum, die Massengrenze der Planeten, die man entdeckt, nach unten zu drücken und natürlich auch darum, sie auf ihr Potenzial für Leben zu überprüfen. Während man am Anfang der Erforschung fremder Sonnensysteme aufgrund der Messmethoden nur große Planeten finden konnte, entdeckt man nun auch kleinere und solche, die in habitablen Zonen ihre Sterne umkreisen, also in Entfernungen vom Muttergestirn, welche die Existenz flüssigen Wassers erlauben, was als notwendige Voraussetzung für Leben gilt. Die Zeit ist also reif für den nächsten Schritt in diesem Gebiet und der heißt: Erforschung der planetaren Atmosphären, um etwas über die klimatischen Bedingungen auf Exoplaneten zu erfahren. Erst wenn in dieser Richtung Daten gesammelt werden, kann man in einem weiteren Schritt versuchen, Aussagen darüber zu machen, ob Leben auf diesen Planeten möglich ist.

Die Wissenschaftler setzen dabei ihre Hoffnungen u.a. auf zwei zukünftige Sonden, die mit Hilfe spektroskopischer Messungen über einen längeren Zeitraum hinweg Daten zur Chemie und Dynamik exoplanetarer Atmosphären sammeln sollen. Es handelt sich dabei um die ESA-Sonde EchO und die US-amerikanische Sonde FINESSE.

Beide Sonden bedienen sich der Transitmethode, um mehr über die exoplanetaren Atmosphären herauszufinden. Liegt die Bahnebene eines Exoplaneten genau in unserer Blickrichtung, dann kommt es zu Sternbedeckungen durch den Planeten, wenn dieser vor seinem Stern herzieht (primäre Bedeckung) oder zu Bedeckungen des Planeten, wenn er hinter seinem Stern herzieht (sekundäre Bedeckung). Dementsprechend wird die Gesamtlichtmenge, die man beobachten kann, abgesenkt. Die Absenkung kann gemessen werden, wobei der Effekt bei der primären Bedeckung stärker auftritt.

In beiden Fällen, also sowohl bei der primären als auch bei der sekundären Bedeckung, lassen sich auf spektroskopischem Wege weiter gehende Erkenntnisse gewinnen, z.B. bezüglich der Gashüllen der Exoplaneten. Wird der Stern durch einen Planeten bedeckt, durchquert seine Strahlung die planetare Atmosphäre. Es kommt zur Absorption, die je nach Wellenlänge verschiedene Stärken haben kann. Untersuchungen der Spektren zu diesem Zeitpunkt können Erkenntnisse über die Temperatur, die chemische Zusammensetzung und die Häufigkeiten der Elemente zutage fördern. Zieht der Planet hinter seinem Stern her, so ist für diesen Zeitraum nur das Sternenspektrum sichtbar. Zieht man dieses vom Gesamtspektrum des Systems ab, bleibt das Planetenspektrum übrig, welches dann genauer analysiert werden kann. Nachfolgend sollen beide Projekte nach dem derzeitigen Informationsstand vorgestellt werden.

EChO

Die Abkürzung EChO steht für Exoplanet Characterisation Observatory. Die Sonde ist der Erforschung exoplanetarer Atmosphären gewidmet, wobei die Frage nach der Möglichkeit von Leben im Mittelpunkt steht.
Zur Erforschung der exoplanetaren Atmosphären sollen auf der Sonde hochauflösende, spektroskopische Instrumente installiert werden, die ihre Beobachtungen in einer großen Breite von Wellenlängen absolvieren können. Dabei geht es um die atmosphärische Zusammensetzung, die Temperatur und den Albedo einer repräsentativen Auswahl bereits bekannter und bestätigter Exoplaneten. Die exemplarischen Planeten sind so ausgewählt, dass Sterne verschiedener Spektralklassen (F, G, K und M) berücksichtigt werden, ebenso wie Planeten in Zonen weit entfernt und nah zu ihren Muttersternen sowie in habitablen Zonen. Außerdem sind die Instrumente in der Lage die Atmosphären von Planeten bis hinunter zum Durchmesser von etwa 1,5 Erdradien zu messen.

Weiterhin soll die Mission dabei helfen, Modelle der inneren Strukturen dieser Exoplaneten zu erstellen um unser Verständnis der Bildung und Entwicklung von Planeten zu vertiefen. Die Sonde wird also keine Massenbeobachtung durchführen, wie die Kepler-Sonde, sondern ausgewählte, bereits bekannte Exoplaneten genauer untersuchen. Die Instrumente sitzen auf einer stabilen Plattform, die lang andauernde Aufnahmen ermöglicht. Die Instrumente können passiv heruntergekühlt werden, enthalten nur wenige bewegliche Teile, so dass die Messungen über einen langen Zeitraum ohne weitergehende technische Probleme ablaufen können.

Sie wird am Lagrange-Punkt 2 platziert, etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt auf der sonnenfernen Seite der Erde. Der Start der Sonde ist für einen Zeitraum zwischen 2020 und 2022 vorgesehen.

Die mit Hilfe der Sonde zu beantwortenden Grundfragen sind:

• Unter welchen Bedingungen bilden sich Planeten und wie bildet sich Leben heraus?
• Sind Systeme wie unser Sonnensystem selten oder üblich im Universum?

Die wissenschaftlichen Ziele der Mission im Einzelnen

• Die Mission soll die klimatischen Bedingungen in den exoplanetaren Atmosphären messen. Die klimatischen Bedingungen von Planeten hängen ab von der Zusammensetzung der Atmosphäre, der Albedo und der Spektralklasse des Muttersterns. Daher soll die Sonde die Zusammensetzungen der exoplanetaren Atmosphären, ihre Temperatur und Albedo messen bzw. analysieren. Dabei werden u.a. die folgenden Bestandteile der planetaren Atmosphären gemessen: Wasser, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Ammoniak, Helium, Kalium, Ozon, Wasserstoff und verschiedene weitere Kohlenwasserstoffe. Weiterhin erfolgen Messungen der Reflexionsrate des Planeten im Zusammenhang mit der Temperatur im infraroten Bereich, weil dadurch der Prozess der Verteilung der Energie in der planetaren Atmosphäre besser verstanden werden kann. Kennt man den Albedo-Wert, können daraus auch Rückschlüsse auf die Gegenwart von Kondenswasser und Dunst in der Atmosphäre gezogen werden.
• Ein weiteres Ziel ist die Messung der räumlichen und zeitlichen Variabilität der thermischen und chemischen Struktur von jupiterähnlichen Planeten und Super-Erden entlang der Längengrade. Dies ist wichtig, um die Temperaturverteilung in den Atmosphären zu verstehen, insbesondere bei Exoplaneten, die ihren Muttersternen so nah stehen, dass sie ihnen immer die gleiche Seite zuwenden. Dadurch kommt es zu einer sehr inhomogenen Temperaturverteilung, da große Unterschiede zwischen der Tag- und der Nachtseite vorliegen. Würde es mit den Instrumenten der Sonde EChO gelingen, die Helligkeitsunterschiede der planetaren Atmosphären entlang der Längenkreise zu messen bzw. Karten dazu zu erstellen, wäre dies ein bedeutender Fortschritt hin zu einem Verständnis der atmosphärischen Dynamik.
• Weiterhin sollen natürlich auch die Muttersterne der Exoplaneten genau beobachtet und analysiert werden, da sie die wichtige Enegiequelle für die Planeten und ihre Atmosphären sind. Außerdem kann die genaue Untersuchung des Muttersterns dabei helfen, Interpretationsfehler bei den Planetendaten auszuschließen.
• EChO wird ebenfalls Aussagen über das Planeteninnere zulassen. Die genaue Analyse der planetaren Atmosphären ermöglicht Rückschlüsse auf ihre innere Struktur.
• Aus den Messungen EChO´s lassen sich natürlich auch neue Erkenntnisse zur Bildung von Planetensystemen gewinnen bis hin zur Struktur der protoplanetaren Scheiben.
• Mit EChO können die Wissenschaftler weiterhin nach Exomonden Ausschau halten. Dabei geht man davon aus, dass die Instrumente der Sonde noch Körper bis hinab zu 0,33 Erdradien detektieren kann. So können auch diese, erst kürzlich in den Fokus gerückten Mitglieder von Planetensystemen genauer untersucht werden.
• Auch kann man mit der Sonde nach Biosignaturen in planetaren Atmosphären von sogenannten Super-Erden suchen. Die Anwesenheit von Leben auf einem Planeten verändert die atmosphärische Zusammensetzung, was durch die Analyse der Atmosphären festgestellt werden kann.

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• Exoplaneten

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Ein Beitrag von Michael Clormann. Quelle: ESA, NASA.

Ziel Euclids ist es, bisher nicht endgültig geklärte Phänomene im Expansionsverhalten des Universums besser verstehen zu helfen. Inzwischen ist klar, dass das Universum, anders als zunächst angenommen, nicht durch die Gravitation der „gewöhnlichen“ in ihm enthaltenen Materie langsam in seiner Expansion gebremst wird. Stattdessen steht fest, dass sich diese Expansion sogar noch beschleunigt. Hierfür wird die sogenannte Dunkle Energie verantwortlich gemacht, die sich allerdings gegenwärtig noch schwer wissenschaftlich dingfest machen lässt.

Das Weltraumteleskop soll im sichtbaren Spektralbereich und im nahen Infrarotbereich arbeiten und eine Vielzahl alter Galaxien im Universum kartieren. Aus der Analyse ihrer Form, ihrer Helligkeit und ihrer räumlichen Verteilung erhofft man sich Rückschlüsse auf die seltsame Wirkung Dunkler Energie und Dunkler Materie.

Die NASA wird, der neuesten Vereinbarung entsprechend, Bauteile für die nah-infrarot Sensorik des 1,2 Meter durchmessenden Teleskops beisteuern. Zusätzlich werden die federführenden europäischen Forscher durch Kollegen aus den USA unterstützt werden. Eine entsprechende Kooperation mit der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde war zuvor schon längere Zeit im Gespräch.

Das Cosmic Vision-Programm nahm Mitte des vergangenen Jahrzehnts Fahrt auf und wurde in seiner Ausrichtung durch wiederholte Auswahlverfahren konkretisiert. Grundsätzlich soll es wissenschaftliche Raummissionen in drei finanziellen Größenordnungen, Large, Medium und Small, umfassen. Euclid ist, neben der priorisierten Mission Solar Orbiter, das zweite Projekt der mittleren Kategorie bis etwa 300 Millionen Euro Kosten. CHEOPS, eine kleinere Mission, soll ab 2017 nach Exoplaneten spähen, während das erste Großprojekt, JUICE, die Jupitermonde Ganymed, Kallisto und Europa genauer erforschen wird. Sein Start ist gegenwärtig für 2022 angesetzt.

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• Euclid
• Cosmic Vision 2015-2025

Der Beitrag Euclid soll Licht ins Dunkel bringen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Xinhua, Unmanned Spaceflight, Planetary.org, Wikipedia, Raumcon.

Dabei war die Sonde für eine solche Aufgabe niemals vorgesehen. Sie hatte eigentlich relativ gemächlich den Mond umrundet und dabei das Objektiv ihrer CCD-Kamera immer in Richtung Mond gewandt. Jetzt musste sie sich innerhalb kurzer Zeit äußerst präzise drehen, um den Kleinkörper während der nur 15 Sekunden währenden Aufnahmesequenz bei rund 11 km/s nicht aus dem Blick zu verlieren. Dies stellt außerordentlich hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Manöver.

Dies ist den chinesischen Ingenieuren und Technikern offenbar mit Bravour gelunden, da sie eine ganze Bildserie vom Vorbeiflug vorgelegt haben. Dieser fand am Donnerstag in einer Entfernung von etwa 7 Millonen Kilometern von der Erde statt und dauerte nur wenige Minuten. Die geringste Distanz erreichte Chang’e 2 dabei gegen 9.30 Uhr MEZ. Die Sonde raste mit 38.600 Kilometern pro Stunde (10,73 km/s) in einem Abstand von minimal 3,2 Kilometern an Toutatis vorbei und fertigte Bilder mit einer besten Auflösung von etwa 10 Metern an, dies allerdings aus Abständen von 93 bis 240 Kilometern.

(4179) Toutatis gehört zur Gruppe der Apollo-Asteroiden, seine Bahn kreuzt die der Erde und beide Himmelskörper kommen sich in etwa Vierjahresabständen relativ nahe. Toutatis wurde im Januar 1989 entdeckt und nach einem keltischen Gott benannt. Von der Erde aus war der unregelmäßige Kleinkörper mit Abmessungen von 4,5 km Länge, 2,4 km Breite und 1,9 km Tiefe bisher nur mittels Radarmessungen genauer erfasst worden.

Chang’e 2 ist eine chinesische Mondsonde, die am 1. Oktober 2010 zum Erdtrabanten startete und am 6. Oktober in eine Mondumlaufbahn gelangte. Hier wurde die Oberfläche des Mondes zunächst aus einem Arbeitsorbit etwa 100 km über der Oberfläche komplett erfasst. Danach wurde die Bahn so korrigiert, dass der mondnächste Punkt nur noch etwa 15 km über der Oberfläche lag. Nach Erfüllung dieser Aufgabe hatte die Sonde noch ausreichend Treibstoffreserven, alle Systeme funktionierten gut. Daher wurde die Bahn des Mondsatelliten angehoben und die Sonde entfernte sich schließlich wieder vom Mond und steuerte den Lagrangepunkt L₂ des Erde-Mond-Systems, etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt an. Diesen Punkt umlief Chang’e 2 für mehrere Monate, wobei technische Systeme getestet und weitere Messungen, z.B. am Sonnenwind durchgeführt wurden. Im April 2012 schließlich verließ Chang’e 2 auch diese Position und nahm Kurs auf den Rendezvouspunkt mit Toutatis.

Damit konnte die Vielseitigkeit eines derartigen Raumfahrzeugs eindrucksvoll unter Beweis gestellt werden. China hatte bisher kaum Erfahrungen außerhalb des Erdorbits gemacht. Chang’e 2 wurde damit zur zweiten Mondsonde, zur ersten Raumsonde und zur ersten Asteroidensonde aus dem Reich der Mitte. Hier hat man sogar Russland etwas voraus. Für 2013 plant China den Start eines ersten unbemannten Mondlanders/rovers.

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• Chang’e 2

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Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: Lockheed Martin, NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Die Lagrangepunkte sind Postionen in Weltraum, an denen sich der gravitative Einfluss massereicher Körper und Fliehkräfte derart ausgleichen, so dass ein hier positionierter Körper nahezu kräftefrei ist. Im Erde Mond-System gibt es fünf Lagrangepunkte.

Bei der NASA denkt man offenbar an eine Positionierung eines Schiffes mitsamt Astronauten am L-Punkt 2, der sich in einer Entfernung von über 440.000 Kilometern von der Erde aus gesehen hinter dem Mond befindet. Das wäre die weiteste Entfernung von der Erde, die jemals Raumfahrer erreicht hätten.

Eine solche Mission könnte zur Vorbereitung für spätere Langzeitmissionen zu einem Asteroiden und letztendlich zum Mars dienen. Da sich ein Schiff hier im freien Weltraum befinden würde, könnte man den Einfluss der verschiedenen Strahlungen erforschen, denen Astronauten ausgesetzt sind. Außerdem eröffnen sich Beobachtungsperspektiven für den Mond, die Sonne und die Erde.

Ob es solche Planungen wirklich gibt und wie weit sie derzeit gediehen sind, darüber wird sich die Behörde möglicherweise genauer nach der Präsidentenwahl am 6. November 2012 äußern. Dabei wird es auch um die Frage der Hardware und der Kooperation mit anderen Nationen gehen.

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• Bemannte Station bei L2

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