Quelle: Rigaku Holdings Corporation via Business Wire 10. Mai 2024.

Tokio –(BUSINESS WIRE)- Rigaku Corporation, ein Unternehmen der Rigaku Holdings Group und globaler Lösungspartner von Rigaku für Röntgenanalysegeräte (Hauptsitz: Akishima, Tokio; Präsident und stellvertretender Direktor: Jun Kawakami; im Folgenden „Rigaku“), hat die Analyse von Partikeln von 101955 Bennu, einem erdnahen kohlenstoffhaltigen Asteroiden, der als Typ B klassifiziert ist, abgeschlossen. Die Analyse wurde mit ZSX Primus IV, einem wellenlängendispersiven Röntgenfluoreszenzspektrometer durchgeführt.

Die Partikel von Bennu sind eine Probe, die von OSIRIS-Rex, einer Raumsonde der US-amerikanischen National Aeronautics and Space Administration (NASA), gewonnen wurde. Diese Analyse ist das zweite Mal, dass Rigaku mit der Durchführung von Analysen im Zusammenhang mit Bennu beauftragt wurde. Bei der ersten Gelegenheit, im Dezember 2023, hat Rigaku den Wasser- und Kohlenstoffgehalt in einer Probe des kohlenstoffhaltigen Asteroiden mittels Thermoanalyse gemessen.

Die Röntgenfluoreszenzspektrometrie wurde von der Rigaku Application Laboratory XRF Analytical Group im Beisein von Professor Hisayoshi Yurimoto von der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Hokkaido durchgeführt, der die chemische Analyse der Proben leitete, die von der Raumsonde Hayabusa 2 vom Asteroiden Ryugu zurückgebracht wurden.

Der Zweck der Analyse war es, den Gehalt an Haupt- und Spurenelementen, einschließlich Kohlenstoff und Sauerstoff, in der Probe zu bestimmen. Bei den aktuellen Messungen wurde eine quantitative Analyse von 26 Elementen durchgeführt. Die Ergebnisse der Thermoanalyse und der Röntgenspektrometrie wurden kombiniert, um mehr über die Geschichte von Bennu und seine Ähnlichkeiten und Unterschiede zu Ryugu zu erfahren.

Die Analyse von Bennu wird nun von weltweiten Projektteams durchgeführt. Einzigartig an der Arbeit des japanischen Teams unter der Leitung von Professor Yurimoto ist die Anwendung der Thermoanalyse unter Verwendung der Thermogravimetrie zusammen mit der Massenspektrometrie und der Röntgenspektrometrie mit einem wellenlängendispersiven Röntgenfluoreszenzspektrometer.

Ein Vorteil des Rigaku-Ansatzes bei der Thermoanalyse besteht darin, dass quantitativ-analytische Geräte im Tandem eingesetzt werden, so dass Rigaku jedes Element und jede Art von Molekül trennen und messen kann, was zu noch nie dagewesenen Daten führt. Außerdem spielt die Röntgenfluoreszenzspektrometrie eine außerordentlich wichtige Rolle: Da sich die Forschungsmethode hin zur induktiv gekoppelten Plasmamassenspektrometrie (ICP-MS) verlagert, kann die Röntgenfluoreszenzspektrometrie wichtige Komponenten wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Silizium und Schwefel analysieren, die mit ICP-MS nur schwer zu analysieren sind.

Professor Yurimoto kommentierte: „Die Leistung der Ausrüstung ist natürlich entscheidend, aber letztendlich sind es die Menschen, die den Unterschied ausmachen. Bei der Durchführung von Analysen an der Spitze des Feldes ist die Frage, wer die Analyse durchführt, von entscheidender Bedeutung. Ich habe Rigaku mit der Durchführung der Analyse beauftragt, weil dieses Unternehmen nicht nur hervorragende Geräte, sondern auch hervorragende Ingenieure mitbringt.“

Rigaku wird auch weiterhin eine enge Partnerschaft mit der akademischen Welt anstreben, um durch den Fortschritt von Wissenschaft und Technologie zur Entwicklung der Gesellschaft beizutragen.

Ergebnisse der Teilnahme von Rigaku am Projekt zur Erstanalyse der Ryugu-Probe
Im Juni 2019 nahm Rigaku als gemeinsamer Forschungspartner am Ryugu-Projekt teil. Im Jahr 2021 wurden die prozentualen Gehalte der Elemente in der Probe von Ryugu mit dem ZSX Primus IV, einem wellenlängendispersiven Röntgenfluoreszenzspektrometer (WDRFA), bestimmt. Messungen mittels TG-DTA/GC-MS ergaben, dass sich der Feuchtigkeitsgehalt der Probe von Ryugu von dem in Meteoriten aus kohlenstoffhaltigen Chondriten unterscheidet, von denen man annimmt, dass sie die Mischung der Elemente im ursprünglichen Sonnensystem widerspiegeln. Diese Daten dienen nun als Basisdaten der Ryugu-Probe, die von Forschergruppen auf der ganzen Welt für eine Vielzahl von Analysen verwendet werden.

Die Analyseergebnisse von Rigaku werden in einem Papier des chemischen Analyseteams (unter der Leitung von Prof. Yurimoto) des ersten Analyseteams der Hayabusa 2 Mission zitiert und in der amerikanischen Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Über The Rigaku Group
Seit der Gründung im Jahr 1951 widmen sich die Ingenieure der Rigaku-Gruppe der Aufgabe, die Gesellschaft mit Spitzentechnologien zu unterstützen, insbesondere in den Kernbereichen Röntgen- und Thermoanalyse. Mit einer Marktpräsenz in über 90 Ländern und rund 2.000 Mitarbeitern in 9 weltweiten Niederlassungen ist Rigaku ein Lösungspartner für die Industrie und Forschungsinstitute. Unsere Verkaufsquote in Übersee hat etwa 70 % erreicht, während wir in Japan einen außergewöhnlich hohen Marktanteil halten. Gemeinsam mit unseren Kunden entwickeln wir uns weiter und wachsen. Da sich die Anwendungen von Halbleitern, elektronischen Materialien, Batterien, Umwelt, Ressourcen, Energie, Biowissenschaften bis hin zu anderen High-Tech-Bereichen erstrecken, verwirklicht Rigaku Innovationen unter dem Motto „To Improve Our World by Powering New Perspectives“.

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• OSIRIS-REx / OSIRIS-APEX auf Atlas V 411

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Quelle: IISB 28. September 2023.

28. September 2023 – Das Wide-Bandgap-Halbleitermaterial SiC ist dem konventionellen Silizium in vielen Belangen überlegen und erobert immer neue Anwendungsbereiche, beispielsweise in der Optoelektronik, Sensorik oder Festkörper-Quantenelektronik. Selbst im Weltraum kann SiC mittlerweile seine überragenden physikalischen Eigenschaften beweisen: Bei der aktuellen NASA-Mission MARS2020 ist eine SiC-UV-Photodiode der Berliner Firma sglux mit an Bord. Der SiC-Chip mit den Heterostrukturen für die UV-Photodiode wurde am Fraunhofer IISB in Erlangen auf der institutseigenen CMOS-Linie prozessiert. Seit der Landung des Mars-Rovers Perseverance auf der Marsoberfläche am 18. Februar 2021 funktioniert die SiC-Photodiode absolut zuverlässig unter extremen Umweltbedingungen. Der UV-Sensor ist ein Bestandteil des Deep-UV-Raman-Spektrometers SHERLOC, mit dem die NASA auf der Marsoberfläche nach Spuren von vergangenem Leben sucht. Das Fraunhofer IISB bietet KMU, Mittelstand und Industrie niedrigschwelligen Zugang zu Hightech-Infrastruktur und einzigartiges Know-how im Bereich der Halbleitertechnologie an.

SiC, das neue Silizium?
Getrieben durch die Energiewende und die Elektromobilität zeichnet sich aktuell eine rasant wachsende Nachfrage nach elektronischen Bauelementen für die besonders verlustarme Wandlung elektrischer Energie ab. Ein prominentes Thema in der Halbleitertechnologie sind deshalb die so genannten WBG- oder Wide-bandgap-Halbleiter, wie Siliziumkarbid, Galliumnitrid oder Aluminiumnitrid. Sie verkraften hohe Spannungen bei sehr niedrigen Durchlassverlusten und bieten damit beste Voraussetzungen für den Aufbau hocheffizienter leistungselektronischer Systeme. Unter den WBG-Halbleitermaterialien hat sich insbesondere Siliziumkarbid (SiC) durchgesetzt und es ist bereits eine breite Palette an kommerziellen Produkten verfügbar. In Einsatzbereichen, wo es auf höchste Leistungsdichten und höchste Wirkungsgrade bei der Leistungswandlung ankommt, verdrängen die SiC-Bauelemente mit ihren überlegenen elektrischen Eigenschaften schon die konventionelle Silizium-Leistungselektronik. Das ist beispielsweise bei den Bordnetzen und der Antriebselektronik von Elektrofahrzeugen oder bei der Anbindung von regenerativen Energiequellen an das öffentliche Stromnetz der Fall.

Klasse statt Masse
Die besonderen physikalischen Eigenschaften des WBG-Halbleiters Siliziumkarbid eröffnen weitere interessante Anwendungsmöglichkeiten, wie etwa in der Optoelektronik und in der Sensorik oder für die zukünftige Festkörper-Quantenelektronik. So hat das Berliner Hightech-Unternehmen sglux schon frühzeitig auf SiC-Sensorbauelemente gesetzt und sich mit SiC-Photodioden zur Messung von ultravioletter Strahlung (UV) erfolgreich am Markt etabliert. Diese Photodioden kommen überall dort zum Einsatz, wo Sicherheit allererste Priorität hat. Das ist beispielsweise in der Medizintechnik bei der Überwachung der Dialyse, in der Lebensmittelverarbeitung bei der Kontrolle von Entkeimungsprozessen oder in der Industrie bei der Steuerung von Verbrennungsprozessen der Fall. Die Kernkomponenten für die UV-Dioden, SiC-Chips mit SiC-Heterostrukturen, werden am Fraunhofer IISB in Erlangen nach den Spezifikationen von sglux auf der institutseigenen SiC-CMOS-Linie prozessiert.

SiC erobert den Weltraum
Eine der herausforderndsten Betriebsumgebungen für elektronische Bauelemente ist sicherlich der Weltraum. Hier müssen alle Komponenten unter extremen Bedingungen absolut zuverlässig funktionieren und selbst kleinste Fehler oder Ausfälle können die gesamte Mission gefährden. Vor diesem Hintergrund ist es für die sglux GmbH aus Berlin und ebenso für das Fraunhofer IISB ein großer Erfolg, dass mittlerweile sogar die NASA zum Kundenkreis der SiC-Pioniere gehört. Bei der aktuellen NASA-Mission MARS 2020 ist am 18. Februar 2021 mit dem Mars-Rover Perseverance auch eine SiC-UV-Photodiode von sglux auf dem roten Planeten gelandet und funktioniert seitdem zuverlässig.

Das außergewöhnliche Umfeld bietet die perfekte Gelegenheit, die Zuverlässigkeit der Produkte von sglux und die Qualität der in Kleinserie am IISB gefertigten SiC-Sensoren unter Beweis zu stellen. „Perseverance“ – was auf Deutsch so viel wie Beharrlichkeit, Ausdauer oder Durchhaltevermögen bedeutet – ist der fortschrittlichste und aufwendigste Rover, den die NASA jemals zum Mars geschickt hat. Das rund zweieinhalb Milliarden Dollar teure Erkundungsfahrzeug sucht auf der Marsoberfläche nach Spuren früheren mikrobiellen Lebens und charakterisiert die Geologie und das Klima des Planeten, was u. a. der Vorbereitung einer zukünftigen bemannten Mars-Mission dient.

Leben auf dem Mars
Perseverance verfügt über eine Reihe von hochmodernen wissenschaftlichen Instrumenten, unter denen ein am Roboterarm des Rovers befestigtes Deep-UV-Raman-Spektrometer eine besondere Rolle übernimmt. Das auf den Namen SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals) getaufte High-Tech-Gerät ist das erste UV-Raman-Spektrometer auf dem Mars überhaupt. Es ermöglicht dort die berührungslose, räumlich aufgelöste und hochempfindliche Erkennung und Charakterisierung von organischen Stoffen und Mineralien auf der Oberfläche und im nahen Untergrund. Auf der Erde hingegen werden mit der nach dem Physiker C. V. Raman benannten Raman-Spektroskopie beispielsweise die Materialeigenschaften von Halbleiterkristallen untersucht.

Unterstützt von einer Spezialkamera namens WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering) und einem UV-LASER erkennt SHERLOC organische Stoffe und Mineralien und erstellt von diesen topografische Karten. Forschungsteams auf der Erde bewerten dann die Messergebnisse und die mineralogischen Karten dahingehend, ob sich Anzeichen für einen früheren Einfluss von Wasser und Hinweise für vergangenes Leben auf dem Mars finden lassen. Auf dieser Grundlage wird entschieden, welche Gesteinsproben Perseverance entnehmen und in Metallröhren versiegelt auf der Marsoberfläche für eine künftige Rückführung zur Erde (Resample-Mission) zurücklassen soll.

Absoluter Härtetest
Für seine Messungen nutzt das UV-Raman-Spektrometer einen Deep-UV-Laser mit 248,6 nm Wellenlänge, der auf einen Punkt von weniger als 100 µm Durchmesser fokussiert ist. In der Nähe der Laserapertur ist eine SiC-UV-Breitband-Photodiode vom Typ SG01XL-5 von sglux verbaut. Diese detektiert die von SHERLOC während der spektralen Kartographie abgegebene UV-Strahlungsleistung, sodass die Leistung des Lasers bei der Abtastung der Oberfläche überwacht werden kann.

Vor ihrem Einsatz hat sglux den Herstellungsprozess der Photodiode an den Einsatz angepasst sowie aufwändige Selektions-, Prüf- und Charakterisierungsverfahren durchgeführt. Nachfolgend setzte die NASA die so ausgewählten Kandidaten weiteren Tests und Prüfungen aus, beispielsweise zu Vibrationsfestigkeit, Verhalten bei starker Beschleunigung, Hochtemperaturbeständigkeit und Wechselfestigkeit.

Einzigartige Materialeigenschaften
Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften ist Siliziumkarbid derzeit das beste Halbleitermaterial für tageslichtunempfindliche UV-Detektoren und bietet sich geradezu an für den Einsatz in schwierigen Umgebungen. Die Photodioden auf SiC-Basis sind fast vollständig blind für Licht im sichtbaren Wellenbereich und überzeugen durch eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit. Der kleine Dunkelstrom im Femtoampere-Bereich sorgt für niedriges Rauschen, sodass auch sehr geringe UV-Strahlungsintensitäten zuverlässig gemessen werden können.

Die SiC-Detektoren vertragen vergleichsweise hohe Betriebstemperaturen und arbeiten in einem Temperaturbereich von minus 55 bis plus 170 °C stabil. Hierbei erreicht der Temperaturkoeffizient des Signals Werte von kleiner als 0,1 % pro Kelvin und temperaturbedingte Änderungen bei der Messempfindlichkeit lassen sich gut kompensieren. Zudem verfügt SiC über eine extreme Strahlungshärte, wodurch die Bauelemente selbst bei langer und starker Bestrahlung ihre hervorragenden elektrischen Eigenschaften behalten.

Wirtschaft und Wissenschaft
Neue Halbleitermaterialien wie Siliziumkarbid ermöglichen immer auch neue Anwendungen. Das eröffnet gerade den Newcomern und kleineren Unternehmen die Chance, mit innovativen Eigenentwicklungen aktive Wertschöpfung im Hightech-Sektor zu betreiben. Dafür werden oft hochspezialisierte Schlüsselbauelemente benötigt, die trotz niedriger Stückzahlen sicher verfügbar sein müssen. Vor allem den KMU und Start-Ups fällt es mangels eigener Ressourcen häufig schwer, ihre brillanten Ideen in marktfähige Produkte zu überführen. Aber auch für den Mittelstand steigt der Wettbewerbsdruck und der Investitionsaufwand für den technologischen Fortschritt wächst stetig an. Die Big Player hingegen haben in ihren großen Produktionsumgebungen nur wenig Spielraum für Experimente, da es hier vor allem auf Auslastung und Ausbeute ankommt.

Vor diesem Hintergrund ist es unerlässlich, den KMU, dem Mittelstand und auch der Industrie niedrigschwelligen Zugang zu Hightech-Infrastruktur und Know-how im Bereich der Halbleitertechnologie anzubieten. Durch die Zusammenarbeit von innovativen Unternehmen wie sglux mit Forschungsinstituten wie dem Fraunhofer IISB sind großartige Erfolge möglich, wie das Beispiel der SiC-UV-Dioden von sglux, die bis zum Mars gereist sind, eindrucksvoll zeigt.

Dr.-Ing. Tilman Weiss, Geschäftsführer der sglux GmbH, resümiert: „Unser grundsätzlicher Anspruch lautet ja, dass unsere UV-Sensoren immer länger halten als das System, in das sie verbaut werden. Genau dafür ist der Einsatz auf der Mars-Mission eine großartige Bestätigung und auch für die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IISB. Für das Herzstück unserer Erzeugnisse benötigen wir genau die technologische Kompetenz und die Anlageninfrastruktur, die es am IISB gibt. Erst die Symbiose aus Unternehmertum und Forschung ermöglicht uns eine nachhaltige Wertschöpfung mit exklusiven, weltweit gefragten Produkten.“

Oleg Rusch, Gruppenleiter SiC-Bipolarbauelemente am Fraunhofer IISB, gibt dazu folgende Einschätzung: „Die reine Halbleiterfertigung ist eigentlich nicht primär für das IISB, auch wenn die Prozessierung von Prototypen, Spezialbauelementen und Kleinstserien mittlerweile bei uns zum Tagesgeschäft gehört. Unser Hauptanliegen ist insgesamt die Bereitstellung von wissenschaftlicher Exzellenz, Prozess-Knowhow und herausragender Anlageninfrastruktur für die KMU und die Industrie. Wir sehen bei vielen Unternehmen ein ungenutztes Potential an Innovationskraft, das mit wissenschaftlicher Unterstützung und F&E-Dienstleistungen im Halbleiterbereich erschlossen werden könnte.“

SiC @ IISB
Die Aktivitäten des Fraunhofer IISB im Bereich integrierter Bauelemente sind tief eingebettet in die Institutsstrategie, herausragende Forschungsdienstleistungen entlang der kompletten Wertschöpfungskette anzubieten – vom Halbleitergrundmaterial bis zum leistungselektronischen System. Das technologische Fundament dafür bildet eine durchgehende und industriekompatible CMOS-Prozesslinie für Silizium- und Siliziumkarbid-Wafer bis 200 mm bzw. 150 mm Durchmesser. Im Rahmen der Gemeinschaftsinitiative „Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland“ (FMD) wird die Halbleiterfertigung aktuell auch für 200-mm-SiC-Wafer qualifiziert. Innerhalb der FMD hat sich das Fraunhofer IISB als Kompetenzzentrum für Siliziumkarbid positioniert und erweitert konsequent seine Aktivitäten auf diesem Gebiet.

Mit seiner Prozesslinie kann das IISB auch auf fortgeschrittene Technologien zur Heterointegration und Strukturierung im Nanometermaßstab zurückgreifen. Zusätzlich wird kontinuierlich das technologische Portfolio hinsichtlich der Aufbau- und Verbindungstechnik und der Zuverlässigkeit elektronischer Bauelemente und Module weiterentwickelt. Damit baut das Institut sein Angebotsspektrum für hochzuverlässige und höchsteffiziente Leistungselektronik für extreme Umweltbedingungen aus, wie sie in der Luft- und Raumfahrt anzutreffen sind.

sglux
Die 2003 gegründete sglux GmbH ist Herstellerin von Komponenten zur Messung ultravioletter Strahlung und ein internationales Kompetenzzentrum auf dem Gebiet der hochzuverlässigen Messung und Verarbeitung von UV-Strahlungsereignissen. Der Firmensitz ist in Berlin. Heute ist sglux weltweit führend bei strahlungsresistenten UV-Photodioden auf der Basis von SiC und die Firma hat sich mit 80 % Exportanteil zum Hidden Champion entwickelt. Das Erfolgsgeheimnis dafür liegt in spezialisierten Produkten, die auf die Bedürfnisse einer sehr anspruchsvollen Klientel zugeschnitten sind.

Fraunhofer IISB
Das Fraunhofer IISB in Erlangen ist auf Wide-Bandgap-Halbleiter und effiziente Leistungselektronik spezialisiert. Bauelemente-Knowhow verschmilzt hier mit komplexer Systementwicklung, vor allem für die Elektromobilität und eine nachhaltige Energieversorgung.

Das Institut bündelt seine Aktivitäten in den beiden Geschäftsfeldern Leistungselektronische Systeme und Halbleiter. Dabei bedient das Fraunhofer IISB die vollständige Wertschöpfungskette, von Grundmaterialien über Halbleiterbauelemente, Prozess- und Modultechnologien, bis hin zu kompletten Elektronik- und Energiesystemen. Als europaweit einzigartige Forschungseinrichtung für das Halbleitermaterial Siliziumkarbid (SiC) ist das IISB ein Pionier bei der Entwicklung hocheffizienter Leistungselektronik, selbst für extremste Anforderungen.

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• Rover Perseverance (Mars 2020) – Missionsphase auf dem Mars

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Quelle: WWU (upm/kk) 14. September 2023.

14. September 2023 – Seit dem 20. Oktober 2018 ist das Raumschiff BepiColombo auf dem Weg zum Merkur. Mit an Bord ist das Infrarot-Spektrometer „MERTIS“, das ein Planetologen-Team um Prof. Dr. Harald Hiesinger von der Universität Münster mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin und Industriepartnern über viele Jahre entwickelt hat. Die Mission hat das Ziel, den sonnennahsten Planeten zu erkunden und Hinweise auf seine Geschichte sowie zur Entstehung des Sonnensystems zu liefern. Im September tagt das internationale Forschungsteam in Münster, um sich über den Stand der Mission auszutauschen. Kathrin Kottke sprach mit Harald Hiesinger über die Rolle der Universität Münster bei dieser jahrelangen Reise ins Weltall.

Seit über vier Jahren ist das Raumschiff BepiColombo im All unterwegs. Ende 2025 soll es in die Merkur-Umlaufbahn eindringen und damit seine finale Destination erreichen. Warum ausgerechnet zum Merkur?
Harald Hiesinger: Der Merkur ist ein Planet der Extreme, über den wir bislang wenig wissen, der uns aber sehr viel über die Entstehung unseres Sonnensystems verraten kann. Er umkreist die Sonne in einer Entfernung von ‚nur‘ 58 bis 69 Millionen Kilometern. Zum Vergleich: Bei der Erde beläuft sich die Distanz auf rund 150 Millionen Kilometer. Die Oberfläche der Merkurs erreicht daher Temperaturen von bis zu 430 Grad Celsius. Dennoch existieren vermutlich Krater, deren Böden aufgrund des Orbits im permanenten Schatten liegen und Temperaturen von bis zu minus 170 Grad Celsius aufweisen. Zudem ist er der kleinste Planet in unserem Sonnensystem, wobei er eine sehr hohe Dichte hat – was auf schweres Material im Inneren schließen lässt, etwa Eisen oder Nickel. Wegen seiner Nähe zur Sonne, kann er von der Erde aus nur schwer beobachtet werden. Wir erhoffen uns von der BepiColombo-Mission neue Erkenntnisse.

Mit an Bord ist das von Ihnen über viele Jahre entwickelte MERTIS-Instrument. Was genau ist das für ein Gerät?
Harald Hiesinger: MERTIS steht für ‚Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer‘, ein miniaturisiertes Infrarotspektrometer, das nur circa 37 Zentimeter lang und 20 Zentimeter breit ist und ein Gewicht von etwas mehr als drei Kilogramm hat. Die hochkomplexe Technik musste in kleinster Feinarbeit zusammengesetzt werden und extremen Bedingungen standhalten – etwa dem Start der Rakete, das Durchdringen der Erdatmosphäre sowie der kosmischen und extremen Sonnenstrahlung.

Wie funktioniert das Gerät?
Harald Hiesinger: MERTIS nutzt die emittierte Wärmestrahlung, das sogenannte thermische Infrarot, um Informationen über die Oberfläche des Planeten zu erhalten, etwa über die gesteinsbildenden Minerale. Die räumliche Auflösung beträgt dabei global etwa 500 Meter. Dadurch können wir die mineralogische Zusammensetzung der Merkuroberfläche sowie die gesteinsbildenden Minerale untersuchen. Gleichzeitig wird das integrierte Mikro-Radiometer die Temperatur und die thermische Leitfähigkeit messen. Wir wollen insbesondere Daten zur vulkanischen und tektonischen Evolution des Planeten und zu seiner Impaktgeschichte – also Einschläge von Himmelskörpern auf dem Merkur – sammeln und auswerten.

Gab es Probleme beim Zusammenbau oder während der bisherigen Zeit im All?
Harald Hiesinger: Beim Bau, der im DLR in Berlin erfolgte, mussten wir Teile immer mal wieder austauschen und neu justieren. Auch den Härtetest auf einer Rüttelplatte hat MERTIS zunächst nicht überstanden, weil das Material an einigen Stellen gebrochen ist. Nachdem die Probleme behoben waren und viele Komponenten doppelt verbaut wurden – falls zum Beispiel ein Netzteil ausfällt – wurde MERTIS mit den anderen Instrumenten an das Raumschiff gebaut. Im Weltraum ist bislang alles ohne größere Probleme verlaufen. Wir wissen auf die Sekunde genau, wo sich das Raumschiff befindet und wie es ihm geht. Beim Start der Ariane-5-Rakete in Kourou in Französisch-Guayana ist mir aber nochmal kurz das Herz stehen geblieben.

Was ist denn passiert?
Harald Hiesinger: Ich hatte die große Ehre, beim Start der Mission live vor Ort zu sein. In etwa fünf Kilometer Entfernung sahen wir, wie die Trägerrakete zündete. Da es schon dunkel war, nahmen wir zunächst nur einen großen Feuerball wahr, und es wirkte, als sei die Rakete explodiert. Zum Glück war dem nicht so. Kurze Zeit später erwischte mich die Druckwelle mit voller Wucht. Bei der Zündung wird eine gewaltige Energie freigesetzt. Das war ein Gänsehautmoment…

… den Sie vermutlich nicht so schnell vergessen werden!
Harald Hiesinger: Nein, sicherlich nicht. Für mich und meinem Kollegen Dr. Jörn Helbert vom DLR in Berlin, ist ein großer Traum in Erfüllung gegangen, Teil dieser Mission zu sein. Nun hoffen wir alle, dass die Mission erfolgreich weiterläuft und wir unsere Daten ab dem 5. Dezember 2025 erhalten – das ist der Zeitpunkt, an dem BepiColombo in die rund 430 bis 1.500 Kilometer von der Planetenoberfläche entfernte Umlaufbahn eintritt.

Im September findet die BepiColombo-Tagung in Münster statt. Wer kommt hier zusammen?
Harald Hiesinger: Wir erwarten Gäste aus Japan und ganz Europa – alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die an BepiColombo beteiligt sind. Besonders wichtig ist mir, dass Studierende an der Tagung teilnehmen, sich mit den Experten vernetzen und Teil dieses Forschungsabenteuers werden. Immerhin werden sie zukünftig solche Missionen leiten und begleiten. Die Tagung in Münster ist eine tolle Gelegenheit für den Nachwuchs mit den führenden Experten der BepiColombo-Mission ins Gespräch zu kommen.

Über welche Themen werden Sie sprechen?
Harald Hiesinger: Wie es dem Raumschiff geht, ob technisch alles funktioniert und ob wir im Zeitplan sind. Zudem tauschen wir uns über die Daten aus, die bereits gesammelt wurden – beispielweise bei den Vorbeiflügen an Erde, Venus und Merkur. Und auch zukünftige Strategien für den Betrieb des Raumschiffs und die exakte Durchführung der Mission werden diskutiert.

Informationen zur BepiColombo Mission
Die BepiColombo Mission ist ein Gemeinschaftsprojekt der ESA (European Space Agency) und der JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency). Sie ist bis jetzt die dritte unbemannte wissenschaftliche Mission zum Merkur – benannt ist sie nach dem italienischen Mathematiker und Ingenieur Giuseppe Colombo (1920 – 1984), dessen Spitzname „Bepi“ lautet. Die Flugzeit beträgt bis zum Erreichen der Zielorbits etwa sieben Jahre. Während der „Reise“ wird die Stromversorgung über große Solarzellen sichergestellt. Die Kommunikation wird mit einer Hochleistungsantenne (high gain antenna, HGA) sowie einer Mittelleistungsantenne (medium gain antenna, MGA) aufrechterhalten. Sämtliche Kommunikation zwischen der Raumsonde und der Erde findet mittels TM/TC statt (Telemetrie/Telekommando, telemetry/telecommand) statt.

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• BepiColombo auf Ariane 5 ECA

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Quelle: IHP 14. April 2023.

14. April 2023 – Zwei am IHP entwickelte Schaltkreise gehören zu den Kernkomponenten des Chirp-Transform-Spektrometers, entwickelt vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), das durch die Analyse von Spektren beispielsweise die Zusammensetzung der Stratosphäre des Jupiters bestimmen kann.

Mit dem Start des Jupiter Icy Moons Explorers der ESA, – kurz JUICE – ist am 14. April 2023 auch IHP-Technologie auf die mehr als eine Milliarde Kilometer lange Reise gegangen. Zwei am IHP entwickelte Schaltkreise gehören zu den Kernkomponenten des Chirp-Transform-Spektrometers, entwickelt vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS), das durch die Analyse von Spektren beispielsweise die Zusammensetzung der Stratosphäre des Jupiters bestimmen kann. Das Messgerät ist eins der zahlreichen Instrumente mit denen detaillierte Beobachtungen des Jupiters und seiner drei großen Monde Ganymed, Callisto und Europa durchgeführt werden sollen.

Für Weltraumanwendungen ist neben der Strahlungsfestigkeit die Reduktion von Größe, Gewicht und Stromverbrauch der einzelnen Komponenten wichtig. Winzige, integrierte Schaltkreise helfen, das vom MPS entwickelte Spektrometer im Vergleich zum Vorgängermodell zu verbessern. Das IHP hat einen Chirp-Generator-Schaltkreis in der hauseigenen 0,13-µm-SiGe-BiCMOS-Technologie entworfen und gefertigt. Dieser erzeugt ein Chirp-Signal, welches für die Funktionalität des Spektrometers notwendig ist. Die Digitalisierung, Berechnung und Speicherung der spektralen Leistungswerte übernimmt ein weiterer Chip: Der zwei-kanalige Analog-Digital-Wandler wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik der Universität Stuttgart entworfen.

„Unsere Arbeit der vergangenen Jahre leistet einen wichtigen Beitrag für das Spektrometer und somit für die Zielerreichung der gesamten JUICE-Mission“, sagt IHP-Projektleiter Dr. Philip Ostrovskyy. Die Wissenschaftler der Abteilungen Schaltkreisdesign und System Architekturen arbeiteten zusammen mit den Experten der Technologieabteilung des IHP. „Ein solcher Schaltkreis ist immer ein Gemeinschaftswerk, innerhalb des IHP genauso wie mit Partnern und Auftraggebern“, erklärt der Experte.

Der Wissenschaftlich-Technische Geschäftsführer des IHP, Prof. Dr. Gerhard Kahmen, stellt die Bedeutung der Entwicklung heraus: „Die Schaltkreise und ihre Verwendung in einem wichtigen Messinstrument für eine interplanetare Weltraummission sind ein hervorragendes Ergebnis unseres Institutes. Sie tragen signifikant zur Etablierung des IHP als Partner für strahlungsfeste Technologien bei.“ Denn: Nicht zum ersten Mal wird IHP-Technologie im Weltraum eingesetzt. Das Frankfurter Forschungsinstitut entwickelt seit Jahren strahlungsresistente Schaltkreise und bietet diese im Rahmen des MPW-Services an.

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

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Quelle: Airbus Defence and Space 13. Dezember 2022.

München, 13. Dezember 2022 – Airbus Defence and Space hat das erste Flugmodell des Multispektralinstruments Sentinel-4/UVN (Ultraviolett, Sichtbares und Nahes Infrarot) erfolgreich an die Europäische Weltraumorganisation (ESA) ausgeliefert. Es wird nächstes Jahr in den Satelliten Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S1) integriert werden.

Das Instrument wird die wichtigsten Spurengase und Aerosole der Luftqualität aus einer geostationären Umlaufbahn über Europa und Nordafrika kontinuierlich überwachen. Zu den zu überwachenden Spurengasen gehören: Stickstoffdioxid (NO₂), Ozon (O₃), Schwefeldioxid (SO₂ ), Formaldehyd, Glyoxal und Aerosole, die für die Beurteilung der Luftqualität von entscheidender Bedeutung sind. Die Entwicklung und Herstellung des Sentinel-4-Spektrometers für das Copernicus-Programm wurde von Airbus in Ottobrunn bei München geleitet. Das Verständnis der atmosphärischen Zusammensetzung wird dazu beitragen, die Risiken von Phänomenen wie Wüstenstaubfahnen, weiträumigem Transport von Luftschadstoffen einschließlich Pollen sowie Aschefahnen von Vulkanausbrüchen zu verringern.

„Die vom Sentinel-4-Instrument gesammelten Informationen werden den Entscheidungsträgern bei der Gestaltung der europäischen Politik in den Bereichen öffentliche Gesundheit und Flugsicherheit helfen, um die europäischen Bürger zu schützen“, sagte Philippe Pham, Leiter des Bereichs Erdbeobachtung und Wissenschaft bei Airbus. „Die Kombination aus einem geostationären Satelliten und einem Instrument wie Sentinel-4 bedeutet, dass Messungen von Spurengasen in der Erdatmosphäre über Europa in der Rekordzeit von etwa einer Stunde durchgeführt werden können.“

Das Sentinel-4-Instrument ist ein hochauflösendes Spektrometer mit einer schnellen Wiederkehrzeit, das in drei Bändern arbeitet, die den ultravioletten (305-400 nm), den sichtbaren (400-500 nm) und den nahen infraroten (750-775 nm) Wellenlängenbereich abdecken.

Das erste Modell des Instruments wird an Bord des MTG-S1-Satelliten gehen, dessen Start für 2024 geplant ist, und das zweite, noch zu bauende Modell wird an Bord von MTG-S2 fliegen, das 2034 starten soll. Damit soll sichergestellt werden, dass die Daten der wissenschaftlichen Gemeinschaft über einen Zeitraum von zwei Jahrzehnten zur Verfügung stehen.

Sowohl der Satellit als auch das Instrument werden von EUMETSAT, der Europäischen Organisation für die Nutzung von Wettersatelliten, betrieben. Das Sentinel-4-Instrument baut auf den Erfahrungen mit früheren bewährten ESA-Instrumenten wie Sciamachy und Tropomi (an Bord von Sentinel-5P) auf, die ebenfalls von Airbus gebaut wurden.

Die Sentinel-4-Mission ist eine Initiative der Europäischen Union und der Europäischen Weltraumorganisation, die eine kontinuierliche Überwachung der Atmosphäre über Europa ermöglicht. Zusammen mit der amerikanischen Mission TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution) und der südkoreanischen Mission GEMS (Geostationary Environment Monitoring Spectrometer) wird Sentinel-4 den Wissenschaftlern wichtige Erkenntnisse über die Luftqualität in großen Teilen der nördlichen Hemisphäre liefern.

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• Copernicus (früher GMES)

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Quelle: Freie Universität Berlin 2. Dezember 2022.

2. Dezember 2022 – Die Studie entstand im Rahmen des Forschungsprojektes „Habitat OASIS“, das vom Europäischen Forschungsrat mit einem ERC Consolidator Grant gefördert wird, und wurde am Freitag in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Astrobiology veröffentlicht.

Enceladus, einer der Monde des Saturn, ist berühmt für seine kryovulkanischen Fontänen, die er ins Weltall ausstößt. Diese Fontänen bestehen zum Großteil aus Eiskörnern, die von einem unterirdischen Wasserozean stammen. Ähnliche Prozesse finden vermutlich auch auf Jupiters Mond Europa statt. Raumsonden können die ausgestoßenen Eiskörner mit sogenannten Einschlagsionisations-Massenspektrometern analysieren und geben somit Einblick in die Zusammensetzung des unterirdischen Ozeanwassers. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Freien Universität Berlin ist es nun erstmals in Laborexperimenten gelungen, das Erscheinungsbild von Bakterien-Bestandteilen in Massenspektren solcher Eiskörner detailgetreu vorherzusagen. „In unseren Experimenten konnten wir zeigen, dass DNA, Lipide und sogar Zwischenprodukte von Stoffwechselvorgängen in den ausgestoßenen Eiskörnern mit zukünftigen Raumsonden technisch eindeutig nachweisbar wären“, erläutert Dr. Fabian Klenner, einer der Erstautoren der Studie. „Das funktioniert sogar, wenn diese Biomoleküle in nur wenigen Eisteilchen und in sehr geringen Konzentrationen vorkämen.“

Im Rahmen ihrer Studie untersuchten die Forschenden zwei verschiedene Arten von Bakterien und stellten fest, dass einige der untersuchten Biomoleküle klar voneinander unterscheidbare und vom jeweiligen Bakterium abhängige biologische „Fingerabdrücke“ in den Massenspektren hinterlassen. „Es ist also nicht nur möglich, Bestandteile von Bakterien auf außerirdischen Wasserwelten zu identifizieren, sondern auch verschiedene Bakterienarten voneinander zu unterscheiden“, betont Dr. Fabian Klenner.

Die Ergebnisse dieser Studie kommen gerade rechtzeitig für NASA‘s Europa Clipper Mission, die im Oktober 2024 zu Jupiters Mond Europa starten soll. Die Raumsonde wird ein Massenspektrometer mitführen, das für das Aufspüren der Bausteine des Lebens geeignet ist und an dem die Forschungsgruppe Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin maßgeblich beteiligt ist.

Die internationale Studie wurde in Zusammenarbeit mit Wissenschaflerinnen und Wissenschaftlern der Universität Zürich, der Open University in Milton Keynes, NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien und der Universität Leipzig durchgeführt.

Originalpublikation:
https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2022.0063

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• Europa Clipper (EC) zum Jupitermond Europa

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Quelle: DLR 11. November 2022.

11. November 2022 – Die Entstehung der beiden Marsmonde Phobos und Deimos ist bisher ungeklärt. Um dieses Rätsel zu entschlüsseln, startet voraussichtlich 2024 die Mission Martian Moons eXploration (MMX) der japanischen Raumfahrtagentur JAXA zu den beiden Monden. Mit an Bord wird ein deutsch-französischer Rover sein, der die Oberfläche des rund 27 Kilometer großen Phobos detailliert erkunden wird. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat nun einen wesentlichen Teil des Rovers am Standort Bremen integriert und fertiggestellt. Die in Zusammenarbeit mehrerer DLR-Institute entstandene Carbonstruktur samt Aufricht- und Fortbewegungssystem ist in dieser Woche von Bremen nach Toulouse an die französische Raumfahrtagentur CNES geliefert worden. Dort erfolgt bis zum Sommer 2023 die Fertigstellung mit dem Einbau aller Instrumente und Subsysteme. Dort erhält der MMX-Rover auch sein Radiometer miniRAD sowie sein Spektrometer RAX. Beide Instrumente wurden am DLR in Berlin gebaut und bereits zuvor nach Toulouse geschickt.

„Mit dem MMX-Rover betreten wir technisches Neuland, denn noch nie ist ein Erkundungsfahrzeug mit Rädern auf einem kleinen Himmelskörper gefahren, der nur über rund ein Tausendstel der Erdanziehungskraft verfügt“, sagt Dr. Markus Grebenstein vom DLR-Institut für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen, der die DLR-Projektleitung für den MMX-Rover innehat. „Da der Rover im freien Fall aus dem Raumfahrzeug auf Phobos gelangt, wird er bei der Landung unbeschadet mehrere „Purzelbäume“ schlagen und in unvorhersagbarer Lage zum Liegen kommen. Aus dieser Situation heraus muss er sich autonom mithilfe des Antriebssystems aufrichten und anschließend seine Sonnensegel entfalten. Erst dann ist der Rover fahrbereit und überlebensfähig“, so Grebenstein weiter. „Fahren wird er schließlich ganz behutsam mit nur einigen Millimetern pro Sekunde, um trotz der geringen Schwerkraft mit seinen speziellen Rädern den Bodenkontakt zu halten“, ergänzt Dr. Stefan Barthelmes vom DLR-Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik in Oberpfaffenhofen. Am Robotik und Mechatronik Zentrum des DLR in Oberpfaffenhofen wurde das Aufricht- und Fortbewegungssystem entwickelt und gebaut. Die besonders leichte Carbonstruktur hat das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik beigesteuert.

Porosität und Zusammensetzung der Oberfläche messen
Der nur 25 Kilogramm leichte MMX-Rover wird, angekommen bei Phobos, von der MMX-Muttersonde abgetrennt und etwa 50 Meter hinab zur Mondoberfläche fallen. Dies wurde in ersten Falltests am Bremer DLR-Institut für Raumfahrtsysteme bereits erprobt, wo nun auch die Integration erfolgte. Auf Phobos hat der Rover rund 100 Tage Zeit, die physikalischen und mineralogischen Eigenschaften der Oberfläche zu erkunden. Dabei kommen die beiden DLR-Instrumente miniRAD und RAX aus Berlin zum Einsatz. Das Radiometer miniRAD des DLR-Instituts für Planetenforschung wird mittels Infrarotmessungen die Oberflächentemperatur bestimmen. Zudem ermöglicht es Rückschlüsse auf die Porosität des Oberflächenmaterials, um diese mit Asteroiden- und Kometenproben zu vergleichen. Das Raman-Spektrometer RAX (RAman spectroscopy for MMX) ist eine Entwicklung unter Führung des DLR-Instituts für Optische Sensorsysteme mit Beteiligung der JAXA und der spanischen Raumfahrtagentur INTA. RAX wird entlang der Roverstrecke die mineralogische Zusammensetzung der Phobos-Oberfläche ermitteln. Die Minerale eines Himmelskörpers stehen eng mit seiner Entstehung und Geschichte im Zusammenhang und Vergleiche mit Messungen anderer Rover auf dem Mars helfen den Wissenschaftlern, das Mars-System mit seinen Monden besser zu verstehen.

Neben den beiden DLR-Instrumenten werden in den nächsten Monaten bei der CNES in Toulouse auch zwei Radkameras montiert, die Räder und Untergrund im Blick behalten und dabei wissenschaftliche Daten zum Aufbau der Phobos- Oberfläche sammeln, sowie zwei Navigationskameras integriert. Zudem bauen die Ingenieurteams die Solarpanele, das Energiesystem, das Funksystem für den Kontakt zur Erde, sowie den Bordcomputer in den Rover ein. Dann stehen umfangreiche Tests des vollständigen Rovers an hinsichtlich seiner Funktionen sowie seiner Beständigkeit gegenüber den Vibrationen des Raketenstarts und der extremen Temperaturschwankungen von mehr als 200 Grad Celsius auf Phobos. Die Tests unter Weltraumbedingungen wird der MMX-Rover zusammen mit dem Verbindungs- und Separationssystem zum Mutterschiff, genannt „MECSS“ (Mechanical and Electrical Connection and Support System) absolvieren. Dieser Adapter wird ebenfalls vom DLR bereitgestellt.

Ein Stück Marsmond zur Erde bringen
Die MMX-Raumsonde besteht insgesamt aus drei Modulen. Das Explorationsmodul verfügt über Landebeine, Probennehmer und einige Instrumenten sowie den mitgeführten MMX-Rover. An das Explorationsmodul schließt sich das Return-Modul mit der Kapsel zur Probenrückführung an, gefolgt von einem Antriebsmodul mit den Treibstofftanks und Raketentriebwerken. Der Start der japanischen Raumsonde ist derzeit für 2024 mit einer H-3-Rakete vom japanischen Weltraumbahnhof in Tanegashima geplant. Ungefähr ein Jahr nach dem Verlassen der Erde wird die Sonde dann 2025 in eine Umlaufbahn um den Mars eintreten, um Phobos und Deimos zu beobachten. Anschließend wird sie in einen Quasi-Orbit um den Marsmond Phobos einschwenken, dort wissenschaftliche Daten sammeln, den mitgeführten MMX-Rover absetzen und Proben von der Mondoberfläche nehmen. Nach der Probenentnahme kehrt das Raumfahrzeug mit dem auf Phobos gesammelten Material zur Erde zurück. Die Landung des MMX-Rovers auf Phobos ist für 2027 geplant und die Rückkehr zur Erde mit den Proben im Jahre 2029. Die Messungen und Bilder des Rovers auf der Phobos-Oberfläche werden auch als Referenz für die Orbiter-Instrumente dienen und helfen, die Landung des Explorationsmoduls für die Probennahme vorzubereiten.

Woher kamen „Furcht“ und „Schrecken“?
Phobos und Deimos (zu Deutsch: Furcht und Schrecken), in der griechischen Mythologie die Begleiter des Kriegsgottes Ares, der in der römischen Antike seine Entsprechung im Kriegsgott Mars hatte, begleiten als kleine Monde den Planeten Mars. Entdeckt wurden sie 1877 vom amerikanischen Astronomen Asaph Hall. Aufgrund ihrer geringen Größe (Phobos 27 Kilometer, Deimos 15 Kilometer) sind beide Monde unregelmäßig geformt und erinnern mit ihrer Gestalt eher an Asteroiden. So besagt eine Theorie, dass der Mars die beiden, womöglich im Asteroidengürtel entstandenen Körper in der Vergangenheit „einfing“. Allerdings sind damit die sehr engen und fast kreisrunden Bahnen beider Monde in der Äquatorebene des Planeten nur schwer zu erklären. Diese wären besser nachvollziehbar, wenn Phobos und Deimos Überbleibsel eines riesigen Meteoriteneinschlags auf dem Mars wären. MMX soll dieses schon lang diskutierte Rätsel der Planetenforschung lösen. Die Entstehung des Mars-Systems ist zudem ein Schlüssel, um die Prozesse der Planetenbildung im Sonnensystem insgesamt besser zu verstehen. In jedem Fall dürften Spuren von Gesteinen des Mars auf der Oberfläche von Phobos zu finden sein, die als Auswurfsmaterial späterer Asteroideneinschläge auf Phobos landeten. Damit könnte dann mit den Proben von Phobos auch Material vom Mars in der Rückkehrkapsel zur Erde und damit in irdische Labore gelangen.

MMX – Martian Moons eXploration
MMX ist eine Mission der japanischen Weltraumorganisation JAXA mit Beiträgen von NASA, ESA, der französischen Raumfahrtagentur CNES und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). CNES und DLR steuern zusammen einen 25 Kilogramm schweren Rover bei. Der deutsch-französische MMX-Rover wird unter gemeinsamer Leitung der beiden Partner entworfen und gebaut. Das DLR übernimmt dabei insbesondere die Entwicklung des Rover-Fahrwerks samt Carbonstruktur sowie des gesamten Aufricht- und Fortbewegungssystems. Zudem steuert das DLR das Verbindungs- und Separationssysten zur Muttersonde bei und stellt ein Raman-Spektrometer sowie ein Radiometer als wissenschaftliche Experimente. Diese werden die Oberflächenzusammensetzung und -beschaffenheit auf Phobos messen. Die CNES leistet wesentliche Beiträge mit Kamerasystemen zur räumlichen Orientierung und Erkundung auf der Oberfläche sowie zur Untersuchung der mechanischen Bodeneigenschaften. Darüber hinaus entwickelt die CNES das zentrale Service-Modul des Rovers inklusive des Onboard-Computers sowie des Energie- und Kommunikationssystems. Nach dem Start der MMX-Mission wird der Rover von Kontrollzentren der CNES in Toulouse (Frankreich) und des DLR in Köln betrieben.

Seitens des DLR sind unter der Leitung des Instituts für Robotik und Mechatronik zudem die Institute für Systemdynamik und Regelungstechnik, für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, für Raumfahrtsysteme, für Optische Sensorsysteme, für Planetenforschung, für Softwaretechnologie sowie das Nutzerzentrum für Weltraumexperimente (MUSC) beteiligt.

Die Mission MMX steht in der Tradition einer bereits langjährigen erfolgreichen Kooperation der Partner JAXA, CNES und DLR. Sie knüpft an die Vorgängermission Hayabusa2 an, bei der die JAXA eine Raumsonde zum Asteroiden Ryugu schickte mit dem deutsch-französischen Lander MASCOT an Bord. Am 3. Oktober 2018 landete MASCOT auf Ryugu und sendete spektakuläre Bilder einer faszinierenden zerklüfteten Landschaft aus Geröll und Steinen. Hayabusa2 nahm Proben von Ryugu und brachte diese am 6. Dezember 2020 zurück zur Erde.

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• MMX Phobos Sample Return (JAXA)
• Marsmonde Phobos und Deimos
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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung 20. Oktober 2022.

20. Oktober 2022 – Der Asteroid Ryugu ist wahrscheinlich am äußeren Rand des Sonnensystems jenseits der Gasriesen Jupiter und Saturn entstanden. Diesen Schluss legen hochpräzise Messungen nahe, die das Verhältnis verschiedener Eisenisotope in Gesteinsproben von Ryugu bestimmen. Die japanische Raumsonde Hayabusa 2 hatte die Proben entnommen und vor zwei Jahren zurück zur Erde gebracht. Eine internationale Forschergruppe mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und der Georg-August-Univesität Göttingen berichtet von diesen Ergebnissen heute in der Fachzeitschrift Science Advances. Demnach unterscheidet sich die Zutatenliste Ryugus in einem entscheidenden Punkt deutlich von der typischer kohlenstoffreicher Meteorite. Stattdessen deutet alles auf eine enge Verwandtschaft mit einer seltenen Meteoritenklasse hin, die ebenfalls dem äußeren Sonnensystem zuzuordnen ist. Die Studie ist eine von insgesamt drei Veröffentlichungen, die die Zeitschriften Science und Science Advances heute dem Asteroiden Ryugu widmen.

Gerade einmal fünf Gramm Gesteinsmaterial enthielt die Probenkapsel, die am 5. Dezember 2020 nahe der Stadt Woomera im australischen Bundesstaat South Australia niederging. Ihr „Absender“ war die japanische Raumsonde Hayabusa 2. Nachdem die Sonde das Gestein ein Jahr zuvor vom Asteroiden Ryugu eingesammelt hatte, nutzte sie den Vorbeiflug an der Erde, um ihre wertvolle Fracht abzuliefern – bevor sie selbst zur nächsten Asteroidenbegegnung weiterreiste. 2031 soll sie ihr zweites Ziel, den Asteroiden 1998 KY26, passieren.

Die in der Kapsel enthaltenen Gesteinsproben sind erst die zweiten, die jemals von einem Asteroiden zur Erde gebracht wurden. Präzise Messungen, die umfassend Aufschluss über Zusammensetzung, Beschaffenheit, Herkunft und Entwicklung des kosmischen Brockens geben können, sind nur in irdischen Labors – und nicht etwa an Bord der Raumsonde – möglich. Knapp zwei Jahre nach Eintreffen der Proben auf der Erde liegen erste Ergebnisse vor. Sie bescheinigen den Gesteinsproben unter anderem eine körnige, lockere Struktur, einen Werdegang, bei dem über einen langen Zeitraum Mineralien mit Wasser reagierten, und belegen, dass Ryugu Aminosäuren und andere komplexe organische Moleküle enthält. Zu den vielen offenen Fragen zählt die nach dem Entstehungsort Ryugus. Dieser Frage geht die aktuelle Studie mit Beteiligung des MPS und der Universität Göttingen nach.

Wanderung durchs Sonnensystem
Der kohlenstoffreiche Asteroid Ryugu, der etwa einen Kilometer im Durchmesser misst und dessen Form an eine abgerundete Doppelpyramide erinnert, zählt zur Klasse der erdnahen Objekte. Diese Körper ziehen ihre Bahnen in einem ähnlichen Abstand um die Sonne wie die Erde. Forscherinnen und Forschern gehen jedoch davon aus, dass Asteroiden dieser Art im inneren Sonnensystem lediglich Zugezogene sind und den größten Teil ihres Daseins im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter verbracht haben.

Der eigentliche Geburtsort vieler Körper des Asteroidengürtels dürfte noch weiter außen im Sonnensystem liegen. Messungen und Simulationen sprechen dafür, dass kohlenstoffreiche Asteroiden (ebenso wie die kohlenstoffreichen Meteoriten, sogenannte kohlige Chondrite) ihren Ursprung im äußeren Sonnensystem haben: die meisten von ihnen in der Nähe der Entstehungsorte von Jupiter und Saturn, einige wenige möglicherweise sogar im Einflussbereich von Uranus und Neptun. Erst das Wachsen der vier Gasriesen wirbelte sie dann in den Asteroidengürtel.

Genauer Blick auf Baumaterial
„Alle Untersuchungen deuten darauf hin, dass Ryugu wie die kohligen Chondrite ein Kind des äußeren Sonnensystems ist“, fasst Dr. Timo Hopp von der University of Chicago, Erstautor der aktuellen Studie, den bisherigen Kenntnisstand zusammen. Der Wissenschaftler forscht mittlerweile am MPS. Ob der Entstehungsort Ryugus jedoch in der Nähe von Jupiter und Saturn oder noch weiter entfernt von der Sonne zu verorten ist, ließ sich bisher nicht klären.

Zu diesem Zweck wandte sich die Forschergruppe um Hopp den Eisenisotopen in den Gesteinsproben des Asteroiden zu. Als Isotope bezeichnet man Varianten desselben chemischen Elements, wie etwa Eisen, die sich lediglich durch die Anzahl der Neutronen im Kern und damit ihr Gewicht unterscheiden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Isotope bestimmter Elemente in der Geburtsstunde des Sonnensystems nicht gleichmäßig verteilt waren. Je nachdem wo ein Körper entstanden ist, stand somit Baumaterial mit unterschiedlichen Isotopenverhältnissen zur Verfügung. Diese Verhältnisse enthalten noch heute Informationen über den Entstehungsort eines Körpers.

Für ihre Analysen untersuchten die Forscher vier Proben des Asteroiden Ryugu sowie zum Vergleich Proben 13 verschiedener Meteoriten, die unterschiedliche Meteoritengruppen repräsentieren. Die meisten von ihnen sind wie Ryugu kohlenstoffreich. „Das Verhältnis bestimmter Eisenisotope zueinander ist ein hervorragender Marker, um einige dieser Gruppen nach ihren Entstehungsorten voneinander zu unterscheiden“, erklärt MPS-Direktor und Ko-Autor Prof. Dr. Thorsten Kleine.

Nachdem die Gesteinsproben von Ryugu in Japan aufwändig chemisch präpariert wurden, reisten sie nach Chicago. Nach weiteren vorbereitenden Schritten analysierte Timo Hopp die Proben mit Hilfe eines Multikollektor-Plasma-Massenspektrometers und konnte so Unterschiede in den Mengenverhältnissen verschiedener Eisenisotope auf wenige Teile pro Million genau bestimmen.

Kosmische Verwandtschaft
Wie sich zeigte, unterscheiden sich diese Verhältnisse im Fall des Asteroiden Ryugu deutlich von dem der meisten untersuchten Meteoriten. Lediglich eine Gruppe von Meteoriten bildet eine Ausnahme: die CI-Chondriten, die nach dem tansanischen Fundort ihres bekanntesten Vertreters auch als Meteoriten vom Ivuna-Typ bezeichnet werden. „Es besteht eine auffällige Verwandtschaft zwischen dem Asteroiden Ryugu und den vergleichsweise seltenen Meteoriten der CI-Gruppe“, so Hopp. „Unsere Messungen belegen, dass Ryugu und Meteorite des Ivuna-Typs im selben Bereich des frühen Sonnensystems entstanden sind und dass dieser Bereich nicht mit dem Entstehungsort anderer kohliger Chondrite zusammenfällt“, fügt er hinzu.

„Alles in allem spricht viel dafür, dass wir mit Ryugu und den Meteoriten vom Ivuna-Typ Überbleibsel der frühen Körper gefunden haben, die sich am äußersten Rand des Sonnensystems gebildet haben“, so Ko-Autor Prof. Dr. Andreas Pack von der Abteilung für Geochemie und Isotopengeologie der Georg-August-Universität Göttingen.

Weitere Studien
Bereits frühere Studien hatten Ähnlichkeiten zwischen dem Asteroiden Ryugu und Meteoriten vom Ivuna-Typ gefunden, etwa in Hinblick auf ihre chemische und mineralogische Zusammensetzung. In der Fachzeitschrift Science berichtet eine Forschergruppe heute von einem weiteren Hinweis: Auch die Gase, welche die Proben von Ryugu während ihrer Reise zur Erde in der Probenkapsel ausgedünstet haben, deuten auf Gemeinsamkeiten mit diesen exotischen Meteoriten hin.

Originalpublikation:
Timo Hopp et al.: Ryugu’s nucleosynthetic hertiage from the outskirts of the Solar System, Science Advances, 20. Oktober 2022, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add8141

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• HAYABUSA-2 zu Asteroid (162173) Ryugu auf H-IIA

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 12. Oktober 2022.

12. Oktober 2022 – Ein neues Bild, das mit dem James-Webb-Weltraumteleskop aufgenommen wurde, zeigt einen bemerkenswerten kosmischen Anblick: mindestens 17 konzentrische Staubringe, die von einem Sternenpaar ausgehen. Dieses Sternenduo befindet sich in einer Entfernung von gut 5.000 Lichtjahre von der Erde und ist unter der Bezeichnung Wolf-Rayet 140 bekannt. Zu dem Forscherteam unter der Leitung des US-Astronomen Ryan Lau gehört auch Gerd Weigelt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn.

Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ veröffentlicht.

Ein neues Bild des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) offenbart einen bemerkenswerten kosmischen Anblick: mindestens 17 konzentrische Staubringe, die von einem Sternenpaar ausgehen. Dieses Sternsystem befindet sich in etwas mehr als 5.000 Lichtjahren Entfernung in Richtung des Sternbilds Cygnus (Schwan) und ist unter dem Namen Wolf-Rayet 140 (WR 140) bekannt. Die Ringe entstanden jeweils beim geringsten Abstand beider Sterne auf ihrer Umlaufbahn durch Kollision der Sternwinde (Gasströme, die sie ins All blasen). Dadurch wurde das Gas komprimiert und es bildete sich Staub. Die Umlaufbahnen der Sterne bringen sie etwa alle acht Jahre zusammen; wie die Ringe eines Baumstamms markieren die Staubschleifen den Lauf der Zeit.

„Wir sehen die Staubproduktion über mehr als ein Jahrhundert in diesem System“, sagt Ryan Lau, Astronom am NOIRLab der National Science Foundation, der Erstautor einer neuen Studie über das System, die heute in der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ veröffentlicht wurde. „Das Bild zeigt auch, wie empfindlich das JWST ist. Früher konnten wir mit bodengebundenen Teleskopen nur zwei Staubringe sehen. Jetzt sehen wir mindestens 17 davon.“

Zusätzlich zur allgemeinen Empfindlichkeit des James-Webb-Teleskops ist sein „Mid-Infrared Instrument“ (MIRI) in einzigartiger Weise geeignet, die Staubringe zu untersuchen, die Lau und seine Kollegen als Schalen bezeichnen, da sie in Wirklichkeit dicker und breiter sind als sie auf dem Bild erscheinen. Die wissenschaftlichen Instrumente des Teleskops erfassen infrarotes Licht, einen Bereich von Wellenlängen, der für das menschliche Auge unsichtbar ist.

MIRI, das zuvor vom „Jet Propulsion Laboratory“ für die NASA verwaltet wurde, erkennt die längsten Infrarot-Wellenlängen, was bedeutet, dass es im Vergleich zu den anderen Instrumenten des JWST oft kühlere Objekte sehen kann, darunter auch die Staubringe. Das MIRI-Spektrometer enthüllte auch die Zusammensetzung des Staubs, der größtenteils aus Material besteht, das von einem Sterntyp ausgestoßen wird, der als Wolf-Rayet-Stern bekannt ist.

Ein Wolf-Rayet-Stern wird mit mindestens 25-mal mehr Masse als unsere Sonne geboren und nähert sich dem Ende seines Lebens. Ein Wolf-Rayet-Stern erzeugt starke Winde, die riesige Mengen an Gas ins All stoßen. Der Wolf-Rayet-Stern in diesem speziellen Paar hat durch diesen Prozess möglicherweise bereits mehr als die Hälfte seiner ursprünglichen Masse verloren.

Die Umwandlung von Gas in Staub ist in etwa so, als würde man Mehl in Brot verwandeln: Es sind bestimmte Bedingungen und Zutaten erforderlich. Das in Sternen am häufigsten vorkommende Element, Wasserstoff, kann von sich aus keinen Staub bilden. Da Wolf-Rayet-Sterne jedoch so viel Masse abwerfen, stoßen sie auch komplexere Elemente aus, die normalerweise tief im Inneren eines Sterns zu finden sind, darunter Kohlenstoff. Die schweren Elemente im Wind kühlen auf ihrer Reise in den Weltraum ab und werden dort komprimiert, wo die Winde beider Sterne zusammentreffen.

Einige andere Wolf-Rayet-Systeme bilden ebenfalls Staub, aber von keinem ist bekannt, dass es Ringe wie bei WR 140 bildet. Das einzigartige Ringmuster entsteht, weil die Umlaufbahn des Wolf-Rayet-Sterns im Doppelsternsystem länglich und nicht kreisförmig ist. Nur wenn sich die Sterne einander genügend annähern – etwa auf die gleiche Entfernung wie zwischen Erde und Sonne – und ihre Sternwinde miteinander kollidieren, steht das Gas unter ausreichendem Druck, um Staub zu bilden.

Lau und seine Mitautoren gehen davon aus, dass die Winde von WR 140 auch die Umgebung von Materialresten befreit haben, mit denen sie sonst kollidiert wären. Das könnte der Grund dafür sein, dass die Ringe so unberührt und nicht verschmiert oder zerstreut erscheinen. Wahrscheinlich gibt es sogar noch mehr Ringe, die so schwach und zerstreut sind, dass man sie nicht einmal in den Daten vom JWST erkennen kann.

„WR 140 stellt ein faszinierendes astrophysikalisches Labor dar, um Windkollisionen, Staubbildung und das Überleben von Staub in der feindlichen Strahlungsumgebung um diese massereichen und heißen Sterne zu untersuchen“, sagt Gerd Weigelt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. „Beobachtungen in verschiedenen Orbitalphasen ermöglichen es uns zu untersuchen, wie die Staubproduktion von der Entfernung zwischen den beiden heißen Sternen abhängt, da die Umlaufbahn gut bekannt ist. Die Entdeckung von entfernten Schalen aus der Staubproduktion vor mehr als 100 Jahren zeigt, dass der von WR 140 gebildete Staub lange Zeit überleben kann.“

Die neue Studie mit den Daten des MIRI-Spektrometers mit mittlerer Auflösung liefert den bisher besten Beweis dafür, dass Wolf-Rayet-Sterne kohlenstoffreiche Staubmoleküle produzieren. Und die Erhaltung der Staubhüllen deutet darauf hin, dass dieser Staub in der lebensfeindlichen Umgebung zwischen den Sternen überleben und Material für zukünftige Sterne und Planeten liefern kann.

„Obwohl Wolf-Rayet-Sterne in unserer Galaxie selten sind, weil sie im Vergleich zu anderen Sternen sehr kurzlebig sind, ist es möglich, dass sie im Laufe der Geschichte der Galaxie viel Staub produziert haben, bevor sie explodierten und Schwarze Löcher bildeten“, sagt Patrick Morris, Astrophysiker am Caltech in Pasadena, Kalifornien, und Mitautor der neuen Studie. „Ich denke, mit JWST werden wir viel mehr darüber lernen, wie diese Sterne das Material zwischen den Sternen formen und neue Sternentstehung in Galaxien auslösen.“

Weitere Informationen:
Das „James Webb Space Telescope“ (JWST) ist ein weltweit führendes Observatorium für Weltraumforschung. Das JWST wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick in ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Das JWST ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner, der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der Kanadischen Weltraumorganisation CSA.

Das „Mid-infrared Instrument“ (MIRI) wurde im Rahmen einer 50:50-Partnerschaft zwischen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation ESA entwickelt. Das JPL leitete die amerikanischen Aktivitäten beim Bau von MIRI, und ein multinationales Konsortium europäischer astronomischer Institute trug den Anteil für die ESA bei. George Rieke von der University of Arizona ist der Leiter des MIRI-Wissenschaftsteams in den USA. Gillian Wright vom U.K. Astronomy Technology Centre ist die europäische Leiterin des MIRI-Projekts. Alistair Glasse vom britischen ATC ist der MIRI-Instrumentenwissenschaftler, und Michael Ressler ist der US-Projektwissenschaftler am JPL. Laszlo Tamas von UK ATC leitet das europäische Konsortium. Die Entwicklung des MIRI-Kryokühlers wurde vom JPL in Zusammenarbeit mit dem Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Northrop Grumman in Redondo Beach, Kalifornien, geleitet und verwaltet.

Die Autoren der Veröffentlichung sind Ryan M. Lau, Matthew Hankins, Yinuo Han, Ioannis Argyriou, Michael F. Corcoran, Jan J. Eldridge, Izumi Endo, Ori D. Fox, Macarena Garcia Marin, Theodore R. Gull, Olivia C. Jones, Kenji Hamaguchi, Astrid Lamberts, David R. Law, Thomas Madura, Sergey V. Marchenko, Hideo Matsuhara, Anthony F.J. Moffat, Mark R. Morris, Patrick W. Morris, Takashi Onaka, Michael E. Ressler, Noel D. Richardson, Christopher M. P. Russell, Joel Sanchez-Bermudez, Nathan Smith, Anthony Soulain, Ian R. Stevens, Peter Tuthill, Gerd Weigelt, Peredur M. Williams und Ryodai Yamaguchi, darunter Gerd Weigelt vom MPIfR.

Originalveröffentlichung
Nested Dust Shells around the Wolf-Rayet Binary WR 140 from JWST, Ryan M. Lau et. al., in: Nature Astronomy, 12. Oktober 2022, https://www.nature.com/articles/s41550-022-01812-x.

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: Universität Bern 5. Juli 2022.

5. Juli 2022 – Die Entdeckung gelang dank der Analyse von Daten, die während der Rosetta-Mission der ESA vom Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, kurz Chury, gesammelt wurden. Solche organischen Stoffe, die durch Kometeneinschläge auch auf die frühe Erde gelangten, könnten dazu beigetragen haben, das kohlenstoffbasierte Leben, wie wir es kennen, in Gang zu setzen.

Kometen sind Fossilien aus der Urzeit und den Tiefen unseres Sonnensystems und sind Überbleibsel der Entstehung von Sonne, Planeten und Monde. Einem Team unter der Leitung der Chemikerin Dr. Nora Hänni vom Physikalischen Institut der Universität Bern, Abteilung Weltraumforschung und Planetologie, ist es nun gelungen, erstmals eine ganze Reihe komplexer organischer Moleküle bei einem Kometen zu identifizieren. Dies berichten die Forschenden in einer Studie, die Ende Juni in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.

Genauere Analyse dank Berner Massenspektrometer
Mitte der 1980er Jahre schickten die grossen Raumfahrtagenturen eine Flotte von Raumfahrzeugen aus, um am Halleyschen Kometen vorbeizufliegen. An Bord befanden sich mehrere Massenspektrometer, die die chemische Zusammensetzung sowohl der Kometenkoma – der dünnen Atmosphäre, die durch die Sublimation von Kometeneis in der Nähe der Sonne entsteht –, als auch von Staubpartikeln untersuchten. Die von diesen Instrumenten gesammelten Daten verfügten jedoch nicht über die erforderliche Auflösung, um eine eindeutige Bestimmung der Zusammensetzung des Kometen zu ermöglichen. Mehr als 30 Jahre später hat das hochauflösende Massenspektrometer ROSINA, ein Instrument unter der Leitung der Universität Bern an Bord der ESA-Raumsonde Rosetta, zwischen 2014 und 2016 Daten über den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, auch bekannt als Chury, gesammelt. Diese Daten gestatten den Forschenden nun zum ersten Mal, Licht in den komplexen organischen Haushalt von Chury bringen.

Das Geheimnis lag im Staub verborgen
Als Chury sein Perihel erreichte, den sonnennächsten Punkt, wurde er sehr aktiv. Das sublimierende Kometeneis erzeugte einen «Ausfluss», der Staubpartikel mit sich zog. Die abgestoßenen Partikel wurden durch die Sonneneinstrahlung auf Temperaturen aufgeheizt, die über denen liegen, die typischerweise auf der Kometenoberfläche herrschen. Dadurch gelangten größere und schwerere Moleküle in die Gasphase und konnten vom hochauflösenden Massenspektrometer ROSINA-DFMS (Rosetta Orbiter Sensor for Ion and Neutral Analysis-Double Focusing Mass Spectrometer) gemessen werden.

Die Astrophysikerin Prof. em. Dr. Kathrin Altwegg, Hauptverantwortliche für das ROSINA-Instrument und Mitautorin der neuen Studie, sagt: «Aufgrund der extrem staubigen Bedingungen musste sich die Raumsonde auf eine sichere Distanz von etwas mehr als 200 km über der Kometenoberfläche zurückziehen, damit die Instrumente unter stabilen Bedingungen arbeiten konnten.» So war es möglich, Teilchen aufzuspüren, die aus mehr als einer Handvoll Atome bestehen und die zuvor im Kometenstaub verborgen geblieben waren.

Die Interpretation der komplexen ROSINA-Daten ist eine Herausforderung. Dem Berner Forschungsteam ist es jedoch gelungen, eine Reihe komplexer organischer Moleküle zu identifizieren, die bisher noch nie in einem Kometen nachgewiesen wurden. «Wir haben zum Beispiel Naphthalin gefunden, das für den charakteristischen Geruch von Mottenkugeln verantwortlich ist. Auch fanden wir Benzoesäure, ein natürlicher Bestandteil von Weihrauch. Und wir identifizierten Benzaldehyd, das weithin verwendet wird, um Lebensmitteln ein Mandelaroma zu verleihen und viele weitere Moleküle», erklärt die Chemikerin des ROSINA-Teams Nora Hänni. Diese komplexen organischen Stoffe würden den Geruch von Chury offenbar noch vielfältiger als bisher angenommen machen, aber auch angenehmer, so Hänni.

Abgesehen von wohlriechenden Molekülen wurden im organischen Haushalt von Chury auch viele mit sogenannter präbiotischer Funktionalität identifiziert (zum Beispiel Formamid). Solche Verbindungen sind wichtige Zwischenstufen bei der Synthese von Biomolekülen (zum Beispiel Zucker oder Aminosäuren). «Es scheint deshalb wahrscheinlich, dass einschlagende Kometen – als wesentliche Lieferanten von organischem Material – auch zur Entstehung von kohlenstoffbasiertem Leben auf der Erde beigetragen haben», erklärt Hänni.

Ähnliche organische Stoffe in Saturn und Meteoriten
Neben der Identifizierung einzelner Moleküle führten die Forschenden auch eine detaillierte Charakterisierung des gesamten Ensembles komplexer organischer Moleküle im Kometen Chury durch, um ihn in den größeren Kontext des Sonnensystems einordnen zu können. Parameter wie die durchschnittliche Summenformel dieses organischen Materials oder die durchschnittliche Bindungsgeometrie der darin enthaltenen Kohlenstoffatome sind für diverse wissenschaftliche Bereiche von Bedeutung, von der Astronomie bis zur Sonnensystemforschung.

«Es hat sich herausgestellt, dass der komplexe organische Haushalt von Chury im Durchschnitt identisch ist mit dem löslichen Teil der organischen Materie von Meteoriten», erklärt Hänni und ergänzt: «Starke Ähnlichkeiten gibt es – abgesehen von der relativen Menge der Wasserstoffatome – auch zum organischen Material, das auf Saturn von seinem innersten Ring herabregnet, wie es mit dem INMS-Massenspektrometer an Bord der NASA-Raumsonde Cassini nachgewiesen wurde», erklärt Hänni.

«Wir finden nicht nur Ähnlichkeiten zu den organischen Reservoirs im Sonnensystem, sondern viele der organischen Moleküle von Chury sind auch in Molekülwolken, den Geburtsstätten neuer Sterne, vorhanden», so Prof. Dr. Susanne Wampfler, Astrophysikerin am Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern und Mitautorin der Publikation. «Unsere Ergebnisse sind konsistent mit dem Szenario eines gemeinsamen präsolaren Ursprungs der verschiedenen organischen Reservoirs des Sonnensystems und bestätigen, dass Kometen tatsächlich Material aus der Zeit lange vor der Entstehung unseres Sonnensystems enthalten,» so Wampfler abschließend.

Publikation
N. Hänni, K. Altwegg, M. Combi, S. A. Fuselier, J. De Keyser, M. Rubin, and S. F. Wampfler: Identification and characterization of a new ensemble of cometary organic molecules, Nature Communications,13, 3639 (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31346-9.
https://www.nature.com/articles/s41467-022-31346-9

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• Rosetta – wissenschaftliche Instrumente und Ergebnisse

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Quelle: OHB SE 28. Juni 2022.

Oberpfaffenhofen, 28. Juni 2022. Die OHB System AG, ein Tochterunternehmen der Technologie- und Raumfahrtgruppe OHB SE, wird im Unterauftrag von Airbus Defence and Space das Instrument für die neunte Earth-Explorer-Mission der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA realisieren. Der entsprechende Vertrag wurde gestern Abend im Rahmen einer Veranstaltung des Hauptauftragnehmers Airbus im Palace of Westminster in London unterschrieben. Die Mission, die den Namen FORUM (Far-infrared Outgoing Radiation Understanding and Monitoring) trägt, soll durch Messung der von Erde abgegebenen langwelligen Infrarotstrahlung aus dem Weltraum zu einem besseren Verständnis des Strahlungshaushalts der Erde beitragen und neue Erkenntnisse über die globale Erwärmung liefern. Ein großer Teil der Mission wird in Deutschland realisiert werden, wobei der Auftragswert für OHB sich auf gut 90 Millionen Euro beläuft.

Wissenslücken sollen geschlossen werden
Die Beobachtung der Erde aus dem Weltraum ist eine der wichtigsten Funktionen, die die Raumfahrt zum Nutzen der Menschheit erfüllt. Erst durch die Beobachtung aus dem Weltraum wird es möglich, die Erde als System zu erfassen und zu verstehen. Insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel und den daraus entstehenden Herausforderungen für die Menschheit, ist es wichtig, umfassende und belastbare Daten zu sammeln, um die bereits eingetretenen Veränderungen unser Umwelt zu dokumentieren und zukünftige Veränderungen besser voraussagen zu können. Diesbezüglich gibt es noch immer gravierende Wissenslücken, die unter anderem durch die Earth-Explorer-Missionen geschlossen werden sollen.

Ein weiteres Teil des Klimapuzzles
Bei FORUM handelt es sich um die neunte Earth-Explorer-Mission, die von der ESA für die Implementierung ausgewählt wurde. Als Hauptauftragnehmer für den Satelliten wurde Airbus Defence and Space in Großbritannien bestimmt, OHB ist Hauptauftragnehmer für die Nutzlast.

Das Ziel der Mission ist die Untersuchung des Strahlungshaushalts der Erde. Wie viel Strahlung von der Erde in den Weltraum abgegeben wird, hängt unter anderem von der Zusammensetzung der Atmosphäre ab. Wolken, Wasserdampf und Treibhausgase in der Atmosphäre können Wärme zurückhalten, die sonst ins Weltall entweichen.

FORUM soll in erster Linie die von der Erde abgehende Strahlung im fernen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums erfassen, da diese einen großen Teil der insgesamt von der Erde abgehenden Wärmestrahlung ausmacht. Zu diesem Zweck wird die Nutzlast des Satelliten aus einem speziellen Interferometer bestehen, das am OHB-Standort im bayerischen Oberpfaffenhofen bei München gefertigt werden wird. Es ist das erste Mal, dass ein derartiges Instrument als Hauptnutzlast auf einem Satelliten eingesetzt wird und die Wissenschaft hofft darauf, mit den Daten ein weiteres Teil des Klimapuzzles zu erhalten.

„Airbus freut sich auf die Zusammenarbeit mit OHB bei der Durchführung dieser wichtigen ESA-Erdbeobachtungsmission, bei der zum ersten Mal das gesamte Spektrum der Infrarotstrahlung der Erde gemessen werden soll“, sagt Justin Byrne, Leiter des Bereichs Erdbeobachtung und Wissenschaft bei Airbus Defence and Space UK.

„Wir freuen uns sehr über den offiziellen Start des Projekts“, erklärt Eva Semmler, Projektmanagerin für das FORUM-Instrument bei OHB. „Die für FORUM notwendigen Technologien sind neu und sehr anspruchsvoll und entsprechend intensiv war die Vorbereitungsphase für diese Mission. Wir sind hochmotiviert, das Instrumentendesign nun gemeinsam mit unseren Partnern in echte Hardware umzusetzen und dabei dem für ein Raumfahrtprojekt sehr ambitionierten Zeitplan gerecht zu werden.“

Der Start des Satelliten ist derzeit für 2027 geplant.

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• OHB-System

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Quelle: Airbus Defence and Space 28. Juni 2022.

Stevenage, 28. Juni 2022 – Airbus hat einen Auftrag im Wert von 160 Millionen Euro für den Satelliten FORUM von der Europäischen Weltraumorganisation ESA erhalten. Er soll die von der Erde ins All abgestrahlte Wärme messen. FORUM, die Abkürzung für Far-infrared Outgoing Radiation Understanding and Monitoring, wird der erste Satellit sein, der die Erde im fernen Infrarotbereich des Spektrums beobachtet und einzigartige Messungen der von der Erde abgestrahlten Energie liefert, um das Verständnis des Systems „Klima“ zu verbessern.

Die Messungen des FORUM-Spektrometers werden es den Wissenschaftlern ermöglichen, ein hochauflösendes Gesamtbild des Treibhauseffekts der Erde sowie der Eigenschaften von Eiswolken und Wasserdampf in der Atmosphäre zu erhalten. Airbus ist der Hauptauftragnehmer, OHB liefert das Instrument.

Jean-Marc Nasr, Leiter von Airbus Space Systems, sagte: „Diese wichtige Erdbeobachtungsmission zur erstmaligen Messung der Infrarotstrahlung der Erde wird Wissenschaftlern und Klimaforschern die Daten liefern, die sie zur Verbesserung ihrer Prognosen zur globalen Erwärmung benötigen.

Sie baut auf der Erfahrung von Airbus bei der Entwicklung und Herstellung kosteneffizienter kleiner Erdbeobachtungsmissionen wie Sentinel-5P auf und ist die sechste von Airbus vorbereitete Earth Explorer-Mission für die ESA.“

Wissenschaftsminister George Freeman sagte: „Diese wichtige neue Mission zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit von Klimaprognosen blickt mit neuen Augen auf unseren Planeten und ist ein weiteres Beispiel für das britische Know-how in der Raumfahrttechnik. Wissenschaftler des Imperial College London haben die ESA bei der Festlegung der wissenschaftlichen Ziele von FORUM entscheidend unterstützt. Der Satellit soll von Airbus in Stevenage gebaut werden. Dies ist ein bedeutender Industrieauftrag, der die Stärken des Vereinigten Königreichs in den Bereichen Erdbeobachtung und Satellitenbau sowie unsere weltweite Führungsrolle bei der Bekämpfung des Klimawandels unter Beweis stellt.“

Simonetta Cheli, ESA-Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme, sagte: „Wir freuen uns sehr, den Industrieauftrag für FORUM an Airbus in Großbritannien als Hauptauftragnehmer zu vergeben, während OHB in Deutschland für das Instrument verantwortlich ist. FORUM ergänzt unsere äußerst erfolgreiche Familie von Earth Explorer-Missionen und wird durch die Gewinnung neuartiger Informationen einen großen Nutzen für die Klimawissenschaft bringen.“

Airbus in Stevenage wird die Entwicklung des Satelliten führen, während Airbus in Deutschland für die Signalerkennung des Instruments verantwortlich ist und Airbus in Frankreich Unterstützung bei der Plattform geben wird.

Der Einsatz von in der Umlaufbahn bewährter Technologie wird das Risiko und die Kosten des Programms erheblich verringern. Die Avionik für die Mission wurde bereits für früheren Missionen entwickelt, validiert und geflogen, was Einsparungen bei der Verifikation, der Softwareentwicklung und bei den operativen Abläufen ermöglichen wird.

Das Hauptinstrument auf FORUM wird ein Fourier-Transform-Spektrometer sein, das im fernen Infrarot arbeitet. Die einfallende kurzwellige Strahlung der Sonne wird an der Erdoberfläche absorbiert und durch die Atmosphäre mit längeren Infrarot-Wellenlängen ins All zurückgestrahlt. FORUM wird die Signatur dieser ausgehenden Strahlung messen, woraus sich wichtige Erkenntnisse über Wasserdampf, Eiswolken, Schnee und Eis auf der Erdoberfläche, Kohlendioxid und andere Treibhausgase ableiten lassen. Der Satellit wird auch mit einem Wärmebildgerät zur Validierung von Bodenmessungen ausgestattet sein.

Der FORUM-Satellit wird „in einer lockeren Formation“ vor dem MetOp-SG A1-Satelliten fliegen, um synergetische Beobachtungen mit dem Infrarot-Interferometer von MetOp-SG A1 durchzuführen. Die Nutzung der MetOp-Daten bei kürzeren Infrarot-Wellenlängen wird die wissenschaftlichen Ergebnisse von FORUM ergänzen und weiter verbessern.

Die Beschaffung bei kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) wird ein Schlüsselelement der FORUM-Mission sein, um die Raumfahrt-Lieferkette in den ESA-Mitgliedstaaten weiter zu verbessern. Der 883 Kilogramm schwere FORUM-Satellit wird sich in einer polaren Umlaufbahn in 830 Kilometern Höhe befinden und soll 2027 mit einer Vega-C-Trägerrakete von Kourou in Französisch-Guayana gestartet werden. FORUM wird die 9. Earth Explorer Mission des „Future EO“-Programms der ESA sein.

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• Airbus Defence and Space

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Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

4. Mai 2022 – Mit der gemeinsamen Entscheidung von NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), den Flugbetrieb des Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie (SOFIA) im September 2022 einzustellen, enden auch die einzigartigen wissenschaftlichen Möglichkeiten für hochauflösende Fern-Infrarot-Spektroskopie mit dem deutschen Spektrometer GREAT, dem German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies. GREAT ist eine Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und des Kölner Observatoriums für Submillimeter-Astronomie (KOSMA) / Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem DLR Institut für Optische Sensorsysteme, und wurde weitgehend unabhängig vom Budget der Deutschen Raumfahrt-Agentur (DLR) finanziert. Beobachtungen mit GREAT wurden auch von der allgemeinen SOFIA-Nutzergemeinschaft stark nachgefragt.

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA) mit dem deutschen GREAT-Spektrometer an Bord wird im Juli und August 2022 von Neuseeland aus zu seinen letzten zwanzig Beobachtungsflügen starten. Mit der gemeinsamen Entscheidung von NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), den Flugbetrieb im September 2022 einzustellen, enden auch die einzigartigen wissenschaftlichen Möglichkeiten für hochauflösende fern-Infrarot-Spektroskopie, die GREAT möglich gemacht hat.

Mit SOFIA, einer umgebauten Boeing-Maschine, deren Flughöhe oberhalb von 13 Kilometern liegt, können Forschende einen Wellenlängenbereich des Lichts beobachten, der von der Erde aus nicht zugänglich ist. Das spektral-höchstauflösende, abbildende Spektrometer GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) an Bord von SOFIA kann von ausgedehnten Himmelsregionen mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung eine Art von chemischem Fingerabdruck erstellen. GREAT ist eine Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und des Kölner Observatoriums für Submillimeter-Astronomie (KOSMA) / Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem DLR Institut für Optische Sensorsysteme. Die Entwicklung wurde von den beteiligten Instituten, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs 956 finanziert.

Seit dem First Light an Bord von SOFIA am 1. April 2011 hat GREAT fast 250 erfolgreiche Wissenschaftsflüge durchgeführt und dabei in 2.000 Stunden einzigartige wissenschaftliche Daten mit hohem Wert für die Nachwelt gesammelt, die anders nicht hätten beobachtet werden können. Die Betriebsfrequenzen des Spektrometers wurden speziell ausgewählt, um Spektrallinien von hoher astrophysikalischer Relevanz im fernen Infrarotbereich zu erfassen, in dem die Erdatmosphäre für bodengebundene Beobachtungen völlig undurchsichtig ist.

GREAT hat – in enger Zusammenarbeit mit den interessierten internationalen Wissenschaftler*innen – ein breites Spektrum wissenschaftlicher Themen abgedeckt, von der Erforschung der Erdatmosphäre und der Planeten bis hin zur Erforschung der Sternentstehung und der Physik und Chemie des interstellaren Mediums in der Milchstraße und nahen Galaxien. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der effizienten großräumigen Kartierung der atomaren Feinstrukturlinien von Kohlenstoff und Sauerstoff, die die stärksten Kühl-Linien des sternbildenden interstellaren Mediums sind.

Unter den neuen Molekülen, die mit GREAT entdeckt wurden, fand die Entdeckung der frühesten molekularen Bindung des Universums, das Heliumhydrid-Molekül, HeH+, größte internationale Aufmerksamkeit. Die wissenschaftlichen Ergebnisse der GREAT-Beobachtungen wurden in zahlreichen Publikationen in Fachjournalen, darunter die Ergebnisse der ersten Forschungsflüge in einem Sonderband von Astronomy & Astrophysics, und in vielen Beiträgen auf einschlägigen Konferenzen vorgestellt.

Der unmittelbare Zugang auf der Flugzeug-gestützten Plattform, im Unterschied zu Weltraummissionen, ermöglichte es dem GREAT-Konsortium, das Instrument kontinuierlich mit den neuesten Technologien weiter zu entwickeln. Angefangen mit Einkanal-Detektoren mit Flüssig-Helium-Kühlung wurde das Instrument 2015–16 zum leistungsfähigsten FIR-Array-Heterodyn-Spektrometer aller Zeiten aufgerüstet, das mit 14+7 Pixeln gleichzeitig in zwei Frequenzbändern arbeitet. Es übertrifft frühere weltraumgestützte Experimente hinsichtlich der Beobachtungsgeschwindigkeit um mehr als eine Größenordnung. Die Publikation, die das Instrument beschreibt, wurde mit dem „2018 THz Science and Technology Best Paper Award“ der renommierten IEEE Microwave Theory and Techniques Society ausgezeichnet.

Das GREAT-Team und seine Nutzergemeinschaft freuen sich nun auf den erfolgreichen Abschluss der laufenden Beobachtungsprojekte des Zyklus 9 während der bevorstehenden letzten Beobachtungskampagne von der südlichen Hemisphäre aus.

Über GREAT:
GREAT, der „German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“, ist eine Entwicklung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie und des Kölner Observatoriums für Submillimeter-Astronomie (KOSMA) / Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Optische Sensorsysteme. Die Entwicklung wurde von den beteiligten Instituten, vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen der Förderungen 50 OK 1102, 1103 und 1104 sowie im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs 956 finanziert.

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik.

1. April 2022 – Gab es Leben auf dem Mars? Dieser Frage will die Europäische Weltraumbehörde (ESA) mit ihrer ExoMars-Mission nachgehen. Auch wenn der für Herbst dieses Jahres geplante Start der Mission mit russischer Beteiligung aufgrund der aktuellen politischen Entwicklungen aktuell zur Disposition steht, ist im Rahmen der Forschungsarbeit am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF ein spannendes Analysesystem für den Einsatz im Weltraum entstanden. Für das mobile Labor des ExoMars-Rovers entwickelten die Forscherinnen und Forscher aus Jena ein miniaturisiertes Lasermodul. Dieses Raman-Spektrometer mit einem diodengepumpten Festkörperlaser in der Größe einer 50-Cent-Münze, stellt das Institut vom 26. bis 29. April auf der LASER World of Photonics in München vor (Stand B4.239).

Um Spuren von extraterrestrischem Leben auf dem Mars zu suchen, soll der Rover »Rosalind Franklin« rund 56 Millionen Kilometer von der Erde entfernt bald die mineralogischen Verbindungen auf der Marsoberfläche analysieren. Mit an Bord wird das Gefährt dafür einen Bohrer sowie eine Reihe wissenschaftlicher Instrumente haben. Eines davon ist ein sogenanntes Raman-Spektrometer. Mit ihm kann die Streuung von Licht an Molekülen zum Beispiel in der Atmosphäre oder an Festkörpern wie Gesteinsproben untersucht werden. Das Herzstück der weltraumtauglichen, stark miniaturisierten Laserquelle des Spektrometers ist ein diodengepumpter Festkörperlaser mit Frequenzverdopplung, aufgebaut am Fraunhofer IOF in Jena.

Konkret funktioniert das Raman-Spektrometer so: Das ausgesendete Laserlicht tritt in Wechselwirkung mit der zu analysierenden Materie. Hierbei entsteht der sogenannte »Raman-Effekt«. Dabei geht Energie vom Licht auf die Materie über und umgekehrt. Diese Veränderung der Lichtenergie zieht eine Änderung seiner Wellenlänge nach sich. Anschließend wird das Licht an das Spektrometer zurückgestreut und dort auf seine Wellenlängenveränderungen hin untersucht. Aus diesen Abweichungen zur ursprünglichen Frequenz des Ausgangslichts lassen sich Rückschlüsse auf die Beschaffenheit der Materie ziehen.

Kleinste Bauelemente mit großer Robustheit
Der grüne Laser aus Jena arbeitet mit einer Wellenlänge von 532 Nanometern und mehr als 100 Milliwatt. »Insgesamt sieben Jahre Entwicklungszeit haben unsere Forscherinnen und Forscher investiert, um das Modul an die besonderen Herausforderungen des Einsatzes im Weltall anzupassen«, erklärt Dr. Erik Beckert, Projektleiter des ExoMars-Lasers am Fraunhofer IOF. Typisch für Weltraumprojekte ist die Notwendigkeit zu besonders kleinen und leichten Bauteilen. So bringt der Laser inklusive Gehäuse gerade einmal 50 Gramm auf die Waage – so viel wie eine halbe Tafel Schokolade.

Doch weder Leistung noch Robustheit dürfen unter der Miniaturisierung leiden. Die empfindlichen optischen Bauteile müssen zudem so konstruiert sein, dass sie großen Temperaturschwankungen zwischen -130 und +24 Grad Celsius und hohen Strahlenbelastungen im All ebenso standhalten wie den starken Vibrationen bei Start und Landung des Rovers.

Herkömmliche Verfahren zur Montage optischer Bauteile sind für solche extremen Bedingungen nicht geeignet. »Aus diesem Grund haben wir alle Komponenten des empfindlichen Laserresonators und der Sekundäroptik mittels einer laserbasierten Löttechnik miteinander verbunden«, erläutert Beckert. »Sie gewährleistet eine besonders hohe Stabilität gegenüber thermischen sowie mechanischen Einflüssen und intensiven Strahlungsbelastungen.« Insgesamt fünf baugleiche Laser hat das Jenaer Institut gemeinsam mit dem spanischen Laserhersteller Monocrom in den vergangenen Jahren zur Verwendung im Raman-Spektrometer realisiert. Jetzt hoffen die Forschenden, dass ihre Technik bald mit der Mars-Mission ins All starten kann.

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• ExoMars-Rover Rosalind Franklin

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Quelle: DLR.

Farewell für den ersten deutschen Hyperspektralsatelliten in Bremen
2. Februar 2022 – Noch steht der deutsche Umweltsatellit EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program), der erste in Deutschland entwickelte und gebaute Hyperspektralsatellit, in einer Reinraumhalle in Bremen. Letzte Arbeiten werden durchgeführt, man ist auf der Zielgeraden. Wenn alles planmäßig läuft, soll der neue deutsche Umweltsatellit Ende Februar 2022 mit einem Iljuschin Il-76 Transportflugzeug zum NASA-Raumflughafen nach Florida gebracht werden. Von dort soll EnMAP voraussichtlich Anfang April 2022 an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtkonzerns SpaceX zu seinem Zielorbit aufbrechen. Der Hyperspektralsatellit soll mindestens fünf Jahre lang Daten über den Zustand unseres Heimatplaneten erheben.

Aus rund 650 Kilometern Höhe wird EnMAP unsere Erde fest im Blick behalten und mit einzigartigen Aufnahmen aus dem Weltraum unseren Planeten in „mehr als allen Farben“ aufnehmen. Dafür analysiert er die von der Erdoberfläche reflektierte Sonnenstrahlung. Seine spektral hochauflösenden Aufnahmen können eine wichtige Rolle im Kampf gegen Klimawandel und Umweltzerstörung spielen und wertvolle Hinweise für Gegenmaßnahmen liefern. Die Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt.

„Deutschland ist bei der Erdbeobachtung weltweit führend – das beweist der heutige Tag einmal mehr. Dank der innovativen Hyperspektral-Sensorik von EnMAP lässt sich die Erde zukünftig in einer noch nie dagewesenen Detailtiefe beobachten“, erläutert Dr. Anna Christmann (MdB), Koordinatorin der Bundesregierung für die Luft- und Raumfahrt, und ergänzt: „Mit Daten aus dem All können wir unseren Planeten schützen. EnMAP wird uns dabei helfen, die globale Landnutzung nachhaltig zu gestalten, die Folgen des Klimawandels aufzuzeigen und der fortschreitenden Umweltzerstörung entgegenzuwirken. Der Satellit ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie modernste Raumfahrttechnik zum Wohle der Menschheit und der Umwelt eingesetzt werden kann.“

Unsere Erde verändert sich ständig. Satelliten sind ein wichtiges Werkzeug, um den Klimawandel und andere Wechsel zu registrieren und zu dokumentieren. Beispiel „Precision Farming“: Hier kann EnMAP dazu beitragen, die Nährstoff- und Wasserversorgung der Pflanzen sowie Bodeneigenschaften präzise zu bestimmen. Das kann beim Thema globale Ernährungssicherheit helfen, aber auch bei Fragen von nachhaltigem Rohstoffabbau und -lagerung.

„Die Spektrometer von EnMAP basieren auf Technologien für die Erdbeobachtung, die seit Jahren in Deutschland erfolgreich entwickelt und eingesetzt werden. Diese lassen uns die Erde mit anderen Augen sehen“, betont Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, die Vorstandsvorsitzende des DLR. „Die Daten, die EnMAP liefern wird, eröffnen Wissenschaftlern neue Möglichkeiten. Insbesondere beziehen sich diese unter anderem auf das Überwachen des globalen Ökosystems, das Monitoring und die Suche nach Ressourcen, sowie eine Verbesserung der Reaktion auf humanitäre Krisen. Das Management solcher anspruchsvollen Missionen, der wissenschaftliche Umgang mit Daten, deren Bearbeitung und Auswertung, sowie in der Missionskontrolle, demonstrieren die vielfältigen und interdisziplinären Fähigkeiten des DLR als nationales Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt.“

Dr. Walther Pelzer, DLR-Vorstandsmitglied und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn, betont: „EnMAP hat für uns technologische, wissenschaftliche und industriepolitische Zielstellungen: Er ist unser Wegbereiter für die hyperspektrale Fernerkundung, eine Sensorik, die bisher nur vom Flugzeug aus eingesetzt wurde. Wir setzen diese Technologie nun erstmals für eine operationelle Satellitenmission ein. Wir ‘messen‘ zum Beispiel wirklich quantitativ die Zusammensetzung von Bestandteilen der Erdoberfläche – also die stoffliche Zusammensetzung, das funktioniert nur mit hyperspektraler Fernerkundung. EnMAP hat zudem mehr als 220 Farbkanäle, die aus 650 Kilometern Höhe eine Auflösung von 30 Metern am Boden erreichen können. Zum Vergleich: Ein handelsüblicher Fotoapparat hat eine dreikanalige Kamera.“ Die NASA bereite ebenfalls eine Hyperspektralmission vor und tausche sich mit den deutschen Experten aus, so Pelzer weiter. Auf europäischer Ebene werde diese in Deutschland entwickelte und gebaute Technologie in den künftigen Copernicus-Missionen Anwendung finden.

Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. „Die Satellitenplattform aus Bremen und das hochkomplexe EnMAP-Instrument, das am OHB-Raumfahrtzentrum ‘Optik & Wissenschaft‘ im bayerischen Oberpfaffenhofen erdacht und gefertigt wurde, legen die Basis für eine ganz neuartige globale Erdbeobachtungsmission. Wir haben am Rande des technisch Machbaren gearbeitet und mit Sachverstand, Erfahrung und Leidenschaft ein leistungsfähiges Instrument erschaffen. Dabei haben wir Pionierarbeit geleistet und unsere Expertise enorm erweitert. Dieses Wissen bringen wir in andere Satellitenmissionen ein. EnMAP wird einen wertvollen Beitrag im Kampf gegen den Klimawandel und für mehr Umweltschutz leisten, denn seine Daten werden eindeutige Handlungsempfehlungen zur Bewältigung der drängenden Fragen unserer Zeit liefern“, ergänzt Marco Fuchs, Vorstandsvorsitzender der OHB SE.

EnMAP wurde als wissenschaftliche Mission entwickelt und stellt daher primär Wissenschaftlern und Entwicklern aus Forschung und Unternehmen Daten zur Verfügung. Klassische Anwendungsgebiete sind hier Forst- und Landwirtschaft, Geologie und Böden, sowie Wassermanagement und Detektion von Umweltverschmutzung. Aber auch aus der Atmosphären- und Treibhausgasforschung gibt es ein klares Interesse an den EnMAP-Daten. Das Anwendungsspektrum der Daten ist sehr breit. „Der Start des Satelliten markiert einen Meilenstein in der GFZ-Geschichte“, sagt der Direktor des GFZ-Departments „Geodäsie“, Prof. Harald Schuh. „Die Kolleginnen und Kollegen arbeiten seit vielen Jahren gemeinsam mit der internationalen EnMAP Science Advisory Group am Forschungsprogramm der Mission.“ Das Potsdamer Team koordiniert auch das umfangreiche EnMAP-PI-Projekt zur wissenschaftlichen Nutzungsvorbereitung und Unterstützung. Es wird gemeinsam mit den Partnerinstitutionen Humboldt-Universität Berlin, Universität Greifswald, AWI Bremerhaven und LMU München getragen.

Wie funktioniert EnMAP?
Jedes Material auf der Erdoberfläche reflektiert das Sonnenlicht in einer für ihn charakteristischen Art und Weise, einer sogenannten Spektralsignatur. Diese Signatur kann EnMAP mit Hilfe seines Messinstruments „lesen“. Um es aber nicht mit anderen Elementen zu verwechseln, müssen diese Signaturen sehr genau abgetastet werden. Dies macht man mithilfe von vielkanaligen Bildern (sogenannte Hyperspektralbilder), mit speziellen Auswerteverfahren können dann die Materialien und Zusammensetzung verschiedener Landoberflächen, natürlichen wie städtischen, identifiziert und qualifiziert werden. Als ein Beispiel: man kann damit nicht nur erkennen, welche Fruchtart auf einem Acker angebaut wird, sondern auch, wie gut diese mit Nährstoffen versorgt ist. Auch können Mineralien in Böden erkannt und quantifiziert werden, oder Algen und Schwebstoffe in Gewässern.

EnMAP – die deutsche Umweltmission und ihre Partner
Die Umweltmission EnMAP wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten sowie des Hyperspektralinstrumentes wurde die OHB-System AG beauftragt. Die Mission steht unter der wissenschaftlichen Leitung des GeoForschungszentrums Potsdam (GFZ).

Mit dem Aufbau und dem Betrieb des Bodensegments sind drei Institute und Einrichtungen des DLR beauftragt worden: Das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen wird den Satellitenbetrieb durchführen und überwachen. Das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum und das DLR-Institut für Methodik der Fernerkundung werden die empfangenen Satellitendaten archivieren, prozessieren, validieren und für die Wissenschaft zugänglich machen. Auch Firmen und Behörden werden die Daten ausprobieren und damit künftige Services vorbereiten. Die zukünftige Nutzung der EnMAP-Hyperspektraldaten durch Universitäten und wissenschaftliche Einrichtungen und die Entwicklung von speziellen Anwendungen werden durch BMWK-Förderprogramme unterstützt.

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• EnMAP (Environmental Mapping and Analysis Program) auf Falcon 9

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