Quelle: NASA / Mark A. Garcia, 12. März 2026

Zum Zeitpunkt der Freigabe befand sich die Station in einer Höhe von etwa 260 Meilen (418 km) über dem Südatlantik.
Das Raumschiff Cygnus XL verließ die Raumstation erfolgreich ca. 6 Monate nach seiner Ankunft an der ISS, wo es etwa 5 Tonnen an Vorräten, wissenschaftlichen Untersuchungsmaterialien, kommerziellen Produkten, Hardware und anderer Fracht für die NASA und ihre internationalen Partner geliefert hatte.

Das Raumschiff wird am Samstag, dem 14. März, zum Abstieg aus der Umlaufbahn angewiesen, um mehrere tausend Kilogramm Müll während seines Wiedereintritts in die Erdatmosphäre zu entsorgen, wo es gefahrlos verglühen wird.

Anmerkung der Redaktion: Im Originalartikel steht: „The Cygnus XL spacecraft successfully departed the space station more than seven months after arriving at the orbiting laboratory …“. Dies wurde von uns auf ca. 6 Monate geändert, da das Berthing von Cygnus NG-23 am 18. September 2025 erfolgte.

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• Cygnus NG-23 auf Falcon 9

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Quelle: NASA, 15. Dezember 2025

Bislang waren die Versuche, den Kontakt zum Raumfahrzeug wiederherzustellen, nicht erfolgreich.

Obwohl seit dem 4. Dezember keine Telemetriedaten mehr vom Raumfahrzeug empfangen wurden, konnte das Team im Rahmen einer laufenden Kampagne zur wissenschaftlichen Auswertung des Funkverkehrs einen kurzen Ausschnitt der Tracking-Daten vom 6. Dezember wiederherstellen. Die Analyse dieses Signals deutet darauf hin, dass sich das MAVEN-Raumschiff auf unerwartete Weise drehte, als es hinter dem Mars hervorkam. Darüber hinaus lässt die Frequenz des Tracking-Signals vermuten, dass sich die Umlaufbahn von MAVEN verändert haben könnte. Das Team analysiert weiterhin die Tracking-Daten, um die wahrscheinlichsten Szenarien zu verstehen, die zum Signalverlust geführt haben könnten. Die Bemühungen, den Kontakt zu MAVEN wiederherzustellen, werden ebenfalls fortgesetzt.
Die NASA arbeitet auch daran, die Auswirkungen der MAVEN-Anomalie auf die Oberflächenoperationen der NASA-Rover Perseverance und Curiosity zu mildern. Vier Orbiter auf dem Mars, darunter MAVEN, leiten die Kommunikation zur und von der Oberfläche weiter, um die Rover-Operationen zu unterstützen. Der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA, Mars Odyssey und der ExoMars Trace Gas Orbiter der ESA (Europäische Weltraumorganisation) bleiben weiterhin in Betrieb. Für die nächsten zwei Wochen der geplanten Oberflächenoperationen organisiert die NASA zusätzliche Überflüge der verbleibenden Orbiter, und die Teams von Perseverance und Curiosity haben ihre täglichen Planungsaktivitäten angepasst, um ihre wissenschaftlichen Missionen fortzusetzen.

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• MAVEN – Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN

Der Beitrag NASA setzt Bemühungen zur Wiederherstellung des Kontakts zu MAVEN fort erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: NASA International Space Station, 21. November 2025

Forscher haben die einzigartige Mikrogravitationsumgebung genutzt, um Experimente durchzuführen, die auf der Erde nicht möglich sind, und damit die Forschung in verschiedenen Disziplinen verändert. Mehr als 4.000 Experimente haben die Grenzen der Wissenschaft erweitert, Entdeckungen angestoßen und wissenschaftliche Durchbrüche vorangetrieben.
„Vor 25 Jahren war die Expedition 1 die erste Besatzung, die die Internationale Raumstation ihr Zuhause nannte, und damit begann eine Phase kontinuierlicher menschlicher Präsenz im Weltraum, die bis heute andauert“, sagte Sean Duffy, amtierender Administrator der NASA. „Dieser historische Meilenstein wäre ohne die NASA und ihre Partner sowie alle Astronauten und Ingenieure, die dafür sorgen, dass in der erdnahen Umlaufbahn die Lichter nicht ausgehen, nicht möglich gewesen.“
Um ein Vierteljahrhundert Innovation in der Mikrogravitation zu feiern, stellt die NASA 25 wissenschaftliche Durchbrüche vor, die den nachhaltigen Einfluss der Station auf Wissenschaft, Technologie und Forschung veranschaulichen.

Den Weg zum Mond und Mars ebnen

Die NASA nutzt die Raumstation als Testgelände für die Entwicklung neuer Systeme und Technologien für Missionen außerhalb der erdnahen Umlaufbahn.

• Navigations-, Kommunikations- und Strahlenschutztechnologien, die sich an Bord der Raumstation bewährt haben, werden in Raumfahrzeuge und Missionen zum Mond und Mars integriert.
• Robotersysteme, beispielsweise ein Roboterchirurg und autonome Assistenten, werden das Spektrum der verfügbaren medizinischen Verfahren erweitern und es Astronauten ermöglichen, sich während Missionen fernab der Erde wichtigeren Aufgaben zu widmen.
• Astronauten haben recycelten Kunststoff und Edelstahl verwendet, um Werkzeuge und Teile im 3D-Druck herzustellen. Die Möglichkeit des 3D-Drucks im Weltraum schafft die Grundlage für Reparaturen und Fertigungen auf Abruf während zukünftiger Weltraummissionen, bei denen Nachschub nicht ohne Weiteres verfügbar ist.
• Vom Einsatz des ersten Holzsatelliten über Laserkommunikation bis hin zu selbstheilender Quantenkommunikation ist die Raumstation ein Testfeld für modernste Weltraumtechnologien.

Warum das wichtig ist:

Der Vorstoß der Menschheit zum Mond und zum Mars beginnt mit Entdeckungen in der erdnahen Umlaufbahn. Von der Demonstration, wie Astronauten außerhalb der Erde leben, arbeiten und Geräte reparieren können, bis hin zum Testen von Lebenserhaltungssystemen und fortschrittlichen Materialien – jede Innovation an Bord der Station trägt dazu bei, die Artemis-Mission der NASA und andere Erkundungsinitiativen voranzutreiben und die Menschheit ihrem Ziel näher zu bringen, außerhalb unseres Planeten zu gedeihen.

Leben außerhalb der Erde erhalten

Da die NASA sich darauf vorbereitet, im Rahmen des Artemis-Programms Menschen zum Mond zurückzubringen und weiter zum Mars vorzustoßen, ist die Aufrechterhaltung des Lebens außerhalb der Erde wichtiger denn je.

• Astronauten haben im Weltraum mehr als 50 Pflanzenarten angebaut, darunter Tomaten, Bok Choi, Römersalat und Chilischoten.
• Fortschrittliche Lebenserhaltungssysteme sind in der Lage, bis zu 98 % des Wassers im US-Segment der Raumstation zu recyceln – das ideale Niveau für Erkundungsmissionen.
• Die Gesundheitsdaten der Besatzung zeigen, wie sich der Weltraum auf das Gehirn, das Sehvermögen, das Gleichgewicht und die Kontrolle sowie die Muskel- und Knochendichte auswirkt, und dienen als Grundlage für Strategien zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit von Astronauten während längerer Missionen und zur Verbesserung der Gesundheit auf der Erde.
• Forscher haben DNA im Orbit sequenziert und entwickeln Techniken zur Echtzeit-Bewertung des mikrobiellen Lebens im Weltraum, was für die Erhaltung der Gesundheit von Astronauten unerlässlich ist.

Warum das wichtig ist:

Durch den Anbau von Nahrungsmitteln, das Recycling von Wasser und die Verbesserung der medizinischen Versorgung im Weltraum ebnet die NASA den Weg für zukünftige Langzeitmissionen zum Mond und zum Mars und revolutioniert gleichzeitig die Landwirtschaft und Medizin auf der Erde.

Hilfe für die Menschheit auf der Erde

Die Forschung an Bord des umlaufenden Labors bringt die Menschheit nicht nur weiter in den Kosmos voran, sondern kann auch dazu beitragen, komplexe Probleme der menschlichen Gesundheit auf der Erde anzugehen. Durch die Bereitstellung einer Plattform für langfristige Mikrogravitationsforschung fördert die Raumstation Durchbrüche, die den Menschen auf der Erde direkte Vorteile bringen.

• Die Forschung an Bord der Raumstation liefert neue Erkenntnisse für die Entwicklung von Therapien für Krankheiten wie Krebs, Alzheimer, Parkinson und Herzerkrankungen, indem sie aufzeigt, wie die Mikrogravitation die Zellfunktionen verändert.
• Neue Entwicklungen in der Medizin für Krebs, Muskeldystrophie und neurodegenerative Erkrankungen sind aus der Züchtung von Proteinkristallen in der Mikrogravitation mit größeren, besser organisierten Strukturen hervorgegangen.
• Im Weltraum können hochwertige Stammzellen in größeren Mengen gezüchtet werden, was zur Entwicklung neuer regenerativer Therapien für neurologische, kardiovaskuläre und immunologische Erkrankungen beiträgt.
• Pionierarbeit im Bereich des 3D-Bioprintings, bei dem Zellen, Proteine und Nährstoffe als Ausgangsmaterial verwendet werden, hat zur Herstellung menschlicher Gewebestrukturen wie Knie-Menisken und Herzgewebe geführt – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Herstellung von Organen im Weltraum für Transplantationspatienten auf der Erde.
• Forscher verwenden miniaturisierte Gewebemodelle, um zu beobachten, wie sich der Weltraum auf Gewebe und Organsysteme auswirkt. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung und Erprobung von Medikamenten zum Schutz von Astronauten bei zukünftigen Missionen und zur Verbesserung von Behandlungen auf der Erde.
• Fotos, die von Astronauten aufgenommen wurden, haben mit gezielten Aufnahmen aus dem Weltraum die Notfallmaßnahmen bei Naturkatastrophen wie Hurrikanen unterstützt.
• Auf der Raumstation montierte Instrumente schützen wichtige Weltrauminfrastrukturen und liefern Daten über die natürlichen Muster des Planeten, indem sie die Ressourcen der Erde und das Weltraumwetter messen.

Warum das wichtig ist:

Die Mikrogravitationsforschung bringt uns der Herstellung menschlicher Organe im Weltraum für Transplantationen näher und eröffnet neue Wege zur Bekämpfung von Krebs, Herzerkrankungen, Osteoporose, neurodegenerativen Erkrankungen und anderen schweren Krankheiten, von denen Millionen Menschen weltweit betroffen sind. Die Station dient auch als Beobachtungsplattform zur Überwachung von Naturkatastrophen, Wetterverhältnissen und den Ressourcen der Erde.

Unser Universum verstehen

Die Raumstation bietet Wissenschaftlern einen unvergleichlichen Beobachtungspunkt, um mehr über das grundlegende Verhalten des Universums zu erfahren. Durch die Untersuchung kosmischer Phänomene, die normalerweise von der Erdatmosphäre blockiert oder absorbiert werden, und durch die Beobachtung der Physik auf atomarer Ebene können Forscher Geheimnisse erforschen, die von der Erde aus nicht untersucht werden können.

• Daten von Röntgenteleskopen an der Außenseite der Raumstation wurden in mehr als 700 Forschungsarbeiten veröffentlicht und haben dazu beigetragen, unser Verständnis von kollabierenden Sternen, Schwarzen Löchern und Wellen in der Raum-Zeit-Struktur zu verbessern.
• Forscher haben Milliarden von kosmischen Ereignissen aufgezeichnet und damit Wissenschaftlern bei der Suche nach Antimaterie und Signaturen dunkler Materie im Weltraum geholfen.
• Wissenschaftler haben auf der Raumstation den fünften Aggregatzustand der Materie erzeugt und untersucht, wodurch Forscher mithilfe der Quantenwissenschaft Technologien wie Weltraumnavigation, Satellitenbetrieb und GPS-Systeme auf der Erde weiterentwickeln können.

Warum das wichtig ist:

Die Forschung an Bord der Raumstation hilft uns dabei, die tiefsten Geheimnisse unseres Universums zu entschlüsseln, von den kleinsten Quantenteilchen bis hin zu den gewaltigsten kosmischen Explosionen. Beobachtungen von kollabierenden Sternen und Schwarzen Löchern könnten neue Navigationsinstrumente inspirieren, die kosmische Signale nutzen, und unser Verständnis von Raum und Zeit erweitern. Studien zu Antimaterie und dunkler Materie bringen uns dem Verständnis der 95 % des Universums näher, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Die Erzeugung des fünften Aggregatzustands im Weltraum eröffnet neue Quantenwege, die die Technologie auf der Erde und im Weltraum verändern könnten.

Neue Physik entdecken

Physikalische Prozesse verhalten sich in der Schwerelosigkeit anders und bieten Wissenschaftlern neue Perspektiven für Entdeckungen.

• Dank der Erforschung von Flüssigkeitssiedeverhalten, -rückhaltung und -strömung können Ingenieure effizientere Treibstoff- und Lebenserhaltungssysteme für zukünftige Raumfahrzeuge entwickeln.
• Die Analyse von Gelen und Flüssigkeiten, die mit winzigen Partikeln im Weltraum vermischt sind, hilft Forschern bei der Feinabstimmung von Materialzusammensetzungen und hat zu neuen Patenten für Konsumgüter geführt.
• Die Entdeckung von kalten Flammen im Weltraum, einem Phänomen, das auf der Erde nur schwer zu untersuchen ist, hat neue Horizonte in der Verbrennungswissenschaft und im Motorenbau eröffnet.

Warum das wichtig ist:

Durchbrüche in der Grundlagenphysik an Bord der Raumstation treiben Innovationen auf der Erde voran und fördern die Entwicklung von Treibstoff-, Temperaturregelungs-, Pflanzenbewässerungs- und Wasseraufbereitungssystemen für Raumfahrzeuge. Die Forschung im Bereich weicher Materialien verbessert Produkte in der Medizin, im Haushalt und im Bereich erneuerbare Energien, während Untersuchungen zu kühlen Flammen zu saubereren und effizienteren Motoren führen könnten.

Weltweiter Zugang zum Weltraum

Seit dem Jahr 2000 hat die Raumstation privaten Unternehmen, Forschern, Studenten und Astronauten aus aller Welt die Möglichkeit eröffnet, sich an der Erforschung des Weltraums zu beteiligen und die Menschheit auf ihrem Weg zum Mond und zum Mars voranzubringen.

• Die Raumstation ist eine Startrampe für die kommerzielle Weltraumwirtschaft, ermöglicht private Astronautenmissionen und beherbergt Hunderte von Experimenten kommerzieller Unternehmen, denen sie die Möglichkeit bietet, ihre Technologien durch Forschung im Orbit, Fertigungsdemonstrationen und Innovationen zu stärken.
• CubeSats, die von der Raumstation aus eingesetzt werden, ermöglichen es Studenten und Innovatoren auf der ganzen Welt, Funkantennen, kleine Teleskope und andere wissenschaftliche Demonstrationen im Weltraum zu testen.
• Mehr als eine Million Schüler haben über Amateurfunkveranstaltungen mit Astronauten kommuniziert, was die nächste Generation dazu inspiriert hat, sich für Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik zu begeistern.
• Mehr als 285 Besatzungsmitglieder aus über 25 Ländern haben den am längsten betriebenen Außenposten der Menschheit im Weltraum besucht, was ihn zu einem Symbol für globale Zusammenarbeit macht.

Warum das wichtig ist:

Die Raumstation hat die Weltraumwirtschaft ermöglicht, in der kommerzielle Forschung, Fertigung und Technologiedemonstrationen einen neuen globalen Marktplatz prägen. Die NASA und ihre internationalen Partner haben eine Führungsposition in der erdnahen Umlaufbahn eingenommen, neue Möglichkeiten für die Industrie geschaffen und den Weg für Erkundungsmissionen zum Mond, zum Mars und darüber hinaus geebnet.

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• **ISS** Hauptthema

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Autor: Thomas Geuking, Quellen: ISRO (Indian Space ResearchOrganisation)

Mit der weichen Landung auf dem Mond des Landers „Vikram“ und dem erfolgreichen Betrieb des Rovers „Pragyan“ hatte die Mission Chandrayaan – 3 eigentlich schon alle Ziele der indischen Raumfahrtagentur ISRO erfüllt. Für das Antriebsmodul, dass die Chandrayaan-3 Mission bis auf 100 km zum Mond brachte war die Mission aber noch nicht zu Ende.

Kurz vor der Landung, am 17. August 2023 trennte sich der Lander vom Antriebs-Modul und dieses blieb mit noch rund 100 kg Treibstoff im Mondorbit zurück. Es wäre nach einiger Zeit auf die Mondoberfläche gestürzt und dabei wahrscheinlich explodiert. Dies wollte die indische Raumfahrtagentur verhindern und zündete daher die Triebwerke erneut für eine Rückkehr Richtung Erde.

Das erste Manöver wurde am 9. Oktober 2023 durchgeführt, um die Höhe der Umlaufbahn von 150 km auf 5112 km zu erhöhen und damit die Umlaufzeit von 2,1 Stunden auf 7,2 Stunden zu verlängern. Das Trans-Earth-Injection (TEI)-Manöver zum verlassen der Mondumlaufbahn wurde am 13. Oktober 2023 durchgeführt. Im Anschluss an dieses Manöver flog das Antriebsmodul vier Mal am Mond vorbei, bevor es am 10. November die Mondumlaufbahn verließ. Seit dem 22 November 2023 befindet es sich wieder in einem Orbit um die Erde. Die Umlaufzeit beträgt fast 13 Tage bei einer Neigung von 27 Grad. Die Flugbahn wurde so gewählt, dass eine Erdbeobachtung mit der SHAPE-Nutzlast (Spectro-polarimetry of HAbitable Planet Earth) des Antriebsmoduls fortgesetzt werden kann, wenn die Erde im Blickfeld ist, ohne Satelliten in der geostationäre Umlaufbahn, oder darunter zu gefährden (siehe Grafik). Die Daten der SHAPE-Nutzlast sollen einmal bei der künftigen Erforschung von Exoplaneten, insbesondere der Suche nach erdähnlichen Exoplaneten, helfen und nun aus einer Erdumlaufbahn fortgeführt werden.

Zusammenfassung der Ziele mit der Rückkehr des Antriebsmoduls in die Erdumlaufbahn im Hinblick auf zukünftige Missionen:

1. Planung und Durchführung von Manövern für die Rückkehr vom Mond zur Erde, inklusive der Entwicklung der dafür notwendigen Software.

2. Durchführung von Fly-bye Manövern am Mond.

3. Verhinderung eines Absturzes auf dem Mond und dem dabei entstehenden Trümmerfeldes.

Auch hier wurden alle gesteckten Ziele erreicht.

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• Chandrayaan 3 auf LVM3-M4

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Quelle: DLR 20. Juli 2022.

20. Juli 2022 – Mit dem Johannes Kepler Observatorium verfügt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) über eine einmalige Forschung- und Entwicklungsstation. Das Observatorium setzt auf modernste Lasertechnologie, um in Zukunft die Flugbahn und Beschaffenheit von Weltraumschrott in erdnahen Umlaufbahnen möglichst schnell, präzise und zuverlässig zu bestimmen. Diese Informationen helfen zum Beispiel dabei, aktive Satelliten vor Zusammenstößen mit Weltraumschrott zu schützen. Denn Ausweichmanöver können so effizienter geplant werden. Nach rund zwei Jahren für Bau und Inbetriebnahme hat das DLR am 20. Juli 2022 gemeinsam mit Gästen aus Politik, Verwaltung, Wirtschaft und Wissenschaft das Observatorium feierlich eingeweiht. Es befindet sich auf dem Innovationscampus Empfingen rund 60 Kilometer südwestlich von Stuttgart. Dort befindet sich das DLR-Institut für Technische Physik, zu dessen zentralen Forschungsanlagen das Observatorium gehört.

Satelliten- und Raumfahrtmissionen auch in Zukunft ermöglichen – trotz Weltraumschrott
„Ob für Information, Kommunikation oder Navigation – Satellitentechnologien sind aus der modernen Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Gleichzeitig wird es immer voller im All und Weltraumschrott zu einem zunehmenden Problem. Deshalb arbeitet das DLR schon heute an technologischen Lösungen für mehr Sicherheit im All. Das Johannes Kepler Observatorium des DLR wird dabei eine zentrale Rolle spielen“, erläuterte Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandsvorsitzende des DLR.

„Raumfahrt ist Faszination, Entdeckerdrang und gleichzeitig Ursprung von Wissen, Innovation und Hightech, um das Leben auf der Erde besser zu machen. Die Möglichkeiten der Raumfahrt auch für zukünftige Generation zu erhalten, ist ein Auftrag, dem sich Deutschland gemeinsam mit Partnern in Europa und der Welt annimmt. Das Johannes Kepler Observatorium des DLR ist dabei ein wichtiger Baustein. Als einzigartige Forschungsplattform für die Beobachtung und Bewertung von Objekten im Erdorbit leistet es seinen Beitrag, um Satelliten auch in Zukunft sicher betreiben und robotische wie astronautische Missionen erfolgreich durchführen zu können“, fasste Dr. Anna Christmann, Koordinatorin der Bundesregierung für die Deutsche Luft- und Raumfahrt, zusammen.

DLR-Forschungsteleskop ist das größte seiner Art in Europa
Das Teleskop des Johannes Kepler Observatoriums ist das größte seiner Art in Europa für die Beobachtung und Charakterisierung von Objekten in der Erdumlaufbahn. Der Durchmesser des Primärspiegels beträgt 1,75 Meter. Das Teleskop ist in einem fast 15 Meter hohen Rundturm mit drehbarer Kuppel untergebracht. Bei der Kuppel handelt es sich um einen sogenannten Schlitzdom. Dieser dreht sich synchron mit dem Teleskop und öffnet sich jeweils nur für rund zwei Meter in die jeweilige Blickrichtung. Dazu ist die Kuppel auf Rollen gelagert und wird mit einem Motor angetrieben. Das Teleskop lässt sich mit bis zu sechs Grad pro Sekunde drehen. Diese hohe „Nachführgeschwindigkeit“ in Kombination mit dem großen Primärspiegel ist eine technologische Herausforderung. Beides zusammen ist aber notwendig, um einen möglichst großen Bereich des Himmels zu betrachten und Objekte, die bis zu zehn Zentimeter klein sind und sich mit 28.000 Kilometer pro Stunde bewegen, gleichzeitig erfassen, orten und bestimmen zu können.

Im Fokus der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten des Teams vom DLR-Institut für Technische Physik steht die hochgenaue Entfernungsmessung mit Hilfe spezieller Laser. Zudem wollen die DLR-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler bisher unbekannte orbitale Objekte ausfindig machen. Dazu führen sie Spektralanalysen durch, untersuchen also die farbliche Zusammensetzung des von den beobachten Objekten gestreuten Sonnenlichts. Auf diese Weise können sie zum Beispiel Rückschlüsse ziehen, um was für ein Objekt es sich handelt, aus welchem Material es besteht, wie groß es ist, wie es rotiert und in welcher Bahn es sich befindet.

Mitbegründer der modernen Astronomie als Namenspate
Johannes Kepler gilt als Mitbegründer der neuzeitlichen Astronomie und der modernen Naturwissenschaften. Er erklärte die Gesetzmäßigkeiten, wie sich Planeten um die Sonne bewegen: nämlich in einer elliptischen Bahn mit der Sonne in einem Brennpunkt der Ellipse. Seine Kindheit und Jugend verbrachte Johannes Kepler im Südwesten Deutschlands.

Die Investitionssumme von rund 2,5 Millionen Euro stammt aus Mitteln des DLR und des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK). Die Forschungsarbeiten tragen zur sicheren Nutzung des Weltraums bei. Sie werden von der Programmkoordination Sicherheit im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums der Verteidigung (BMVg) unterstützt.

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• Weltraummüll

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Quelle: Technische Universität München.

3. März 2022, Stefanie Reiffert, Technische Universität München. Seit Beginn des Weltraumzeitalters 1957 wurden laut der europäischen Weltraumorganisation ESA bereits 6100 Raketen ins All geschossen, diese brachten unter anderem 12.020 Satelliten in die Erdumlaufbahn. Mit der Zeit hat sich dadurch auch eine ungeheure Menge an Schrott im All angesammelt.
„Das sind einmal die alten Satelliten selbst, die nicht mehr funktionsfähig sind“, erklärt Christoph Bamann, der an der TUM Luft- und Raumfahrt studierte. „Oder Teile von Raketen, die so groß sein können wie ein Bus.“ Aber auch kleinere Gegenstände fliegen durchs All. So werden etwa sogenannte Jojo-Gewichte, die sich an Raketen befinden, gezielt weggesprengt, um die Drehung der Rakete zu verlangsamen. Kleinere Schrottteile entstehen aber auch durch Kollisionen oder Explosionen.

Auch kleinste Teilchen sind gefährlich
Die Schrott-Teile gefährden vor allem die funktionsfähigen Satelliten. Denn die Teilchen erreichen Relativgeschwindigkeiten von 10 Kilometern pro Sekunde. „Das bedeutet, auch wenn die Teilchen noch so klein sind, können sie bei einer Kollision eine Wucht haben wie ein Auto mit einer Geschwindigkeit von 100 Stundenkilometern“, so Bamann. Getroffene Satelliten werden zerstört. Gemeinsam mit Luisa Buinhas und Stefan Frey hat Bamann im August 2020 das Start-up Vyoma gegründet. Ihr Ziel: ein europäisches Warnsystem zu etablieren, um den Betreibern zu helfen, ihre Satelliten aus der Gefahrenzone zu navigieren.

„Wir beobachten den Satellitenschrott und berechnen dann voraus, wohin dieser fliegen wird“, erklärt Stefan Frey. Dazu will das Team eigene Satelliten nutzen, die mit optischen Kameras Bilder der Schrottteile aufnehmen. „Wir haben dann eine Sequenz von Bildern, die wir mit Informationen von früheren Aufnahmen kombinieren, und so können wir dann die Umlaufbahn der Schrottteile bestimmen.“ Ist die Umlaufbahn bekannt, kann auch die Geschwindigkeit der Teile bestimmt werden. „Da die Kräfte im erdnahen Weltraum bekannt sind, können wir auch abschätzen, wohin sie fliegen“, so Frey.

Das Problem wird immer größer
Zehn Satelliten in einer bestimmten Konfiguration ermöglichen eine permanente Beobachtung der Objekte im Weltraum. „Wir sehen so 90 Prozent aller gefährlicher Objekte mindestens ein bis zweimal pro Tag“, sagt Frey. Diese spezielle Ausrichtung der Satelliten sowie die Software, um aus den Bildern die Flugbahn der Objekte zu errechnen, haben die Gründerin und Gründer selbst entwickelt.

Neu ist die Idee zur Entwicklung eines kommerziellen Warnsystems vor Weltraumschrott natürlich nicht, erklärt Frey. Doch bisher war es für kleinere Unternehmen nicht finanzierbar. „Die Satelliten werden immer kleiner und die Kosten, einen Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen sind gesunken“, erklärt Frey. „Deswegen ist es jetzt einfach erschwinglich geworden.“ Zeitgleich mit den Möglichkeiten wächst auch das Problem: Bereits jetzt müssen die Satellitenbetreiber pro Jahr und Satelliten mindestens ein Ausweichmanöver ausführen.

Erdbasierte Beobachtung
Auch jetzt werden Satellitenbetreiber bereits vor Kollisionen gewarnt. Ein Netzwerk von erdbasierten Radaranlagen und Teleskopen, die von den USA betrieben werden, katalogisieren Objekte mit einem Durchmesser von über zehn Zentimetern. Mit dem Unternehmen Vyoma möchten die Forscherinnen und Forscher ein weltallbasiertes Netzwerk aufbauen, das noch genauer ist und auch kleinere Teilchen erkennen kann. „Europa hat außerdem ein großes Interesse daran, in diesem Bereich eine gewisse Unabhängigkeit zu erlangen“, sagt Frey.

Aktuell arbeiten die Gründer an einer Plattform, die ein Netzwerk von erdbasierten Sensorstationen in Europa nutzt, um Daten zu erheben. Damit wollen sie Satellitenbetreibern verschiedene Dienstleistungen anbieten: Einmal können bestimmte Objekte, die dem Satelliten gefährlich werden können, genauer beobachtet werden. Aber auch der Satellit selbst kann, wenn etwa die Kommunikation gestört ist, lokalisiert werden. In etwa zwei Jahren will das Unternehmen seine eigenen Satelliten launchen.

Förderung durch die TUM
Das Start-up wurde durch die TUM Gründungsberatung unterstützt. Das Team erhielt außerdem die EXIST-Gründerförderung finanziert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie sowie den Europäischen Sozialfond. Das Team nutzte vor der offiziellen Gründung des Starts-ups die Büros im TUM Incubator. Mentor Prof. Urs Hugentobler von der Professur für Satellitengeodäsie stand den Gründern außerdem mit seinem Expertenwissen zur Seite. Vyoma nimmt am aktuellen Programm des XPRENEUR Inkubators von UnternehmerTUM teil.

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• Weltraummüll

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

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

Nach dem Abschluss dieser Untersuchungen setzte die Raumsonde ihre Reise durch unser Sonnensystem fort und steuerte ihr zweites und letztes Reiseziel, den ebenfalls im Haupt-Asteroidengürtel gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres, an. Bereits im März 2015 wird DAWN dieses größte und zugleich massereichste Objekt des Asteroiden-Hauptgürtels erreichen und anschließend ebenfalls über mehrere Monate hinweg aus einer Umlaufbahn heraus erkunden.

Sonnenkonjunktion überstanden
Bereits am 1. Dezember 2014 fertigte die Framing Camera erstmals ein Foto an, auf dem die kugelförmige Gestalt von Ceres erkennbar war (Raumfahrer.net berichtete). In den folgenden Tagen befand sich DAWN – von der Erde aus betrachtet – dann für mehrere Tage fast genau hinter der Sonne. Bei dieser auch als Sonnenkonjunktion bezeichneten Konstellation behinderte die von der Sonne ausgehende Strahlung die Kommunikation zwischen der Erde und der Raumsonde so sehr, dass in diesem Zeitraum kein Datentransfer zwischen der Raumsonde und ihrem Kontrollzentrum möglich war.

DAWN hat diese Zeit jedoch ohne weitere Probleme überstanden und laut einer Pressemitteilung des für den technischen Betrieb der Raumsonde verantwortlichen Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA mittlerweile mit dem Anflug an den Zwergplaneten Ceres begonnen.

Gegenwärtig ist die Raumsonde noch etwa 580.000 Kilometer von Ceres entfernt und nähert sich dem Zwergplaneten dabei derzeit – mit einem Ionentriebwerk angetrieben – pro Stunde um weitere 725 Kilometer. Bereits Ende Januar 2015 werden die Aufnahmen, die DAWN von ihrem zukünftigen Forschungsziel anfertigen wird, eine Qualität und Auflösung erreichen, welche die Resultate der bisher von diversen erdgestützten oder im Weltraum operierenden Teleskopen übertreffen.

Neue Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte des Sonnensystems?
In den folgenden Monaten erhoffen sich die Planetenforscher durch die DAWN-Mission fundamentale Erkenntnisse über den Aufbau und die Entwicklungsgeschichte dieses Zwergplaneten, aus denen sich letztendlich auch wichtige Erkenntnisse über die Entstehung unseres Sonnensystems ableiten lassen werden. Unter anderem soll dabei geklärt werden, warum Ceres offensichtlich über große Mengen an Wassereis verfügt, welches dessen Oberfläche in Form eines regelrechten ‚Eispanzers‘ überzieht, während der in der gleichen Region des Sonnensystems beheimatete Asteroid Vesta mit eher bescheidenen Wasserressourcen aufwartet. Eventuell – so einige Wissenschaftler – könnte sich tief unterhalb dieser die Ceres-Oberfläche bedeckenden Eisschicht sogar ein globaler unterirdischer Ozean aus flüssigem Wasser befinden.
Anders als bei der vorherigen Untersuchung von Vesta betreten die beteiligten Wissenschaftler dabei absolutes Neuland. Bei der Erforschung von Vesta konnte im Vorfeld der Analysen auf verschiedene Meteoriten der HED-Gruppe – einer speziellen Untergruppe von Meteoriten, deren Ursprung mit dem Asteroiden Vesta assoziiert wird – zurückgegriffen werden. Dagegen wurden bisher keine Meteoriten entdeckt, deren Ursprungsquelle auf den Zwergplaneten Ceres schließen lässt.

„Ceres stellt für uns immer noch fast vollständig ein Rätsel dar“, so Christopher Russel von der University of California in Los Angeles/USA, der für die DAWN-Mission hauptverantwortliche Wissenschaftler. „Anders als bei Vesta gibt es keine Meteoriten, die mit Ceres in Verbindung gebracht werden und die uns etwas über diesen Zwergplaneten verraten könnten. Das einzige, was wir bis jetzt mit Sicherheit vorhersagen können, ist somit, dass wir überrascht sein werden.“
Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.

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• Asteroidengürtel
• Mission DAWN

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL.

Am 18. März 2011 trat die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde Messenger (so die Kurzform für MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) nach einem fast sieben Jahre dauernden Flug durch das innere Sonnensystem in eine Umlaufbahn um den Planeten Merkur ein und untersuchte diesen innersten und zugleich kleinsten Planeten unseres Sonnensystems in den folgenden Jahren intensiv mit den sieben an Bord der Raumsonde befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten. Aufgrund des exzellenten technischen Zustandes und der hohen wissenschaftlichen Ausbeute wurde die ursprünglich auf 12 Monate ausgelegte Messenger-Mission zwischenzeitlich zwei mal verlängert.
Seit ihrer Ankunft beim Merkur hat die Raumsonde mittlerweile mehr als 250.000 Aufnahmen von dessen Oberfläche angefertigt und dabei die gesamte Planetenoberfläche fotografisch erfasst. Weitere Untersuchungen bezogen sich auf den inneren Aufbau dieses als terrestrischer Planet klassifizierten Himmelskörpers, auf dessen Magnetfeld, auf die früheren vulkanischen und tektonischen Aktivitäten des Merkur, auf die langfristige Entwicklung der dortigen Topographie sowie auf die Entstehung, Entwicklung und Zusammensetzung der Exosphäre des Merkur und auf die Interaktion der Planetenoberfläche und der Exosphäre mit der Sonne. Des weiteren konnten mit den Instrumenten von Messenger unter anderem auch Wassereisablagerungen in den Polarregionen des Merkur nachgewiesen werden.

Um ihre elliptische Umlaufbahn um den Merkur beibehalten zu können musste Messenger in den vergangenen Jahren allerdings in regelmäßigen Abständen Bahnkorrekturmanöver durchführen, in deren Verlauf die Höhe der Umlaufbahn der Raumsonde über der Planetenoberfläche wieder angehoben wurde. Ohne derartige Manöver wäre Messenger innerhalb weniger Monate auf der Oberfläche des Merkur zerschellt. Mittlerweile sind die hierfür zur Verfügung stehenden Treibstoffreserven jedoch nahezu vollständig erschöpft.

Derzeit führt die gegenwärtige Umlaufbahn die Raumsonde bis auf eine Entfernung von nur noch rund 100 Kilometern zu der Merkuroberfläche heran. Am 21. Januar 2015 wird die Raumsonde ein letztes Manöver zur Anhebung der Umlaufbahn durchführen, bei dem dieser Wert von den dann nur noch etwa 25 gegebenen Kilometern wieder auf gut 80 Kilometer erhöht werden soll. Im Rahmen dieses Manövers werden jedoch auch die letzten Reste des für derartige Korrekturmanöver zur Verfügung stehenden Hydrazins aufgebraucht werden. Ohne weitere Orbitkorrekturen – so die Berechnungen der an der Missions beteiligten Flugdynamik-Ingenieuren – würde Messenger somit voraussichtlich Ende März 2015 auf der Merkuroberfläche aufprallen.

Helium statt Hydrazin
Jetzt haben die beteiligten Ingenieure jedoch einen Weg gefunden, um dieses letztendlich unausweichliche Ende der Messenger-Mission noch einmal um mehrere Wochen aufzuschieben. Hierbei soll das Helium-Druckgas, welches eigentlich ausschließlich dazu gedacht ist, den Treibstofftank der Raumsonde ‚unter Druck‘ zu halten, zu einer weiteren Anhebung des Orbits genutzt werden. Dabei soll das Helium durch die Triebwerksdüsen geleitet werden und dabei einen ‚Schub‘ erzeugen, durch den die Höhe der Umlaufbahn des Merkur-Orbiters erneut angehoben werden kann.
„Normalerweise ist eine Raumsonde nach dem kompletten Verbrauch ihrer Treibstoffvorräte nicht mehr dazu in der Lage, die erforderlichen Anpassungen an der Flugbahn durchzuführen“, so der Messenger-System-Ingenieur Dan O’Shaughnessy vom Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland. Für Messenger hätte dies bedeutet, dass die Raumsonde unwiderruflich Ende März 2015 auf der Merkuroberfläche aufprallt. „Allerdings können wir das Helium dazu nutzen, um auch weiterhin kleinere Anpassungen an der Flugbahn durchzuführen.“

„Meines Wissens nach ist dies das erste Mal, dass Helium bewusst als Kaltgastreibmittel in einem Hydrazin-Triebwerk verwendet werden soll“, so Stewart Bushman vom Applied Physics Laboratory, der leitende Triebwerksingenieur der Messenger-Sonde. „Die Triebwerke sind allerdings nicht dazu optimiert, um unter Druck stehendes Gas als Antriebsquelle zu verwenden.“
Die Triebwerke sind vielmehr dafür ausgelegt, um flüssiges Hydrazin zu zersetzen und sind hierfür mit entsprechenden Durchflussbegrenzern, Druckminderern und Zerstäubern bestückt, welche den Förderdruck regulieren, um einen kontrollierten Schub zu erzeugen. Aufgrund seines im Vergleich zu Hydrazin geringeren Molekulargewichts kann mit dem Helium-Gas auch nur ein eher geringer Schub erzeugt werden. Dieser soll letztendlich trotzdem ausreichen, um die Mission der Raumsonde Messenger um bis zu voraussichtlich etwa vier Wochen zu verlängern.

Weitere Forschungen
Die beteiligten Wissenschaftler werden diese unerwartete ‚Bonuszeit‘ dazu nutzen, um aus einer geringen Entfernung zur Merkuroberfläche heraus weitere Daten zu gewinnen. Während des vergangenen Sommers konzentrierte sich das wissenschaftliche Interesse unter anderem auf die Anfertigung von hochaufgelösten Aufnahmen, mit denen verschiedene Fließfronten von vulkanischen Lavaströmen, tektonische Oberflächenverwerfungen und Schichtungen in Kraterwällen in noch nie zuvor erreichter Auflösung abgebildet werden konnten.

Während der zusätzlichen vier Wochen soll zusätzlich zu der Anfertigung weiterer Aufnahmen auch das Magnetfeld des Merkur in einer noch nie zuvor erreichten Detailgenauigkeit analysiert werden. Messungen mit einem Neutronen-Spektrometer werden zudem während der dichtesten Annäherungen an die Merkuroberfläche aus Entfernungen von lediglich sieben bis 15 Kilometern weitere Erkenntnisse über die Wassereisablagerungen liefern, welche bereits in den vorherigen Jahren in der Nordpolregion des Merkur nachgewiesen wurden.

Auch Dank der so zu gewinnenden Daten wird sich das Wissen der Menschheit über diesen innersten Planeten unseres Sonnensystems auch in den kommenden Monaten ungemein erweitern. Bereits für den Juli 2016 ist dann der Start einer weiteren, diesmal aus gleich zwei Orbitern bestehenden Merkur-Mission vorgesehen. Die von der europäischen Weltraumagentur ESA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA betriebene Mission BepiColombo soll nach dem bisherigen Planungsstand im Januar 2024 in einen Merkurorbit eintreten.

Bis dahin finden Sie weitere Fotos, Grafiken, Videos und Animationen der Messenger-Mission auf dieser Internetseite der Johns Hopkins University.

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Der Beitrag Merkurorbiter Messenger: Das Ende naht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Am heutigen Tag erreicht die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 20:16 MEZ erneut die Apoapsis – den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystem. Zu diesem Zeitpunkt wird sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 3,33 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn befinden und damit zugleich ihren mittlerweile 212. Umlauf um den Ringplaneten beginnen. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 28,6 Grad auf.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Cassini, sind während dieses 32 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 211“ lautet, insgesamt 50 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt des jetzt beginnenden Saturnumlaufs stellt allerdings ein für den 11. Januar 2015 vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Mondbeobachtungen
Als erstes Beobachtungsziel während des neuen Umlaufs um den Saturn steht der Mond Erriapus – einer der kleinen, äußeren Saturnmonde – auf dem Beobachtungsprogramm der ISS-Kamera. Mit einer scheinbaren Helligkeit von lediglich 23,0 mag handelt es sich bei Erriapus um ein äußerst lichtschwaches Objekt, welches von der Erde aus nur extrem schwierig zu beobachten ist. Außer den Daten von dessen Umlaufbahn um den Saturn, seinem Durchmesser von rund acht Kilometern und seiner mittleren Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter ist über diesen erst im Jahr 2000 entdeckten Mond deshalb bisher nur sehr wenig bekannt. Die mittlere Dichte deutet allerdings darauf hin, dass sich dieser Mond vermutlich in erster Linie aus einer Mischung aus Wassereis und Gestein zusammensetzt. Erriapus verfügt zudem über eine relativ dunkle Oberfläche, welche bei einem Albedo-Wert von 0,06 lediglich etwa sechs Prozent des einfallenden Sonnenlichtes ins Weltall reflektiert.

Die Beobachtungen von Erriapus werden am heutigen Tag gegen 21:16 MEZ beginnen. In den folgenden 20 Stunden sollen aus einer Distanz von durchschnittlich rund 15,4 Millionen Kilometern insgesamt 265 Aufnahmen von dem Mond angefertigt werden. Anhand der Variationen in der sich bei dieser Beobachtungssequenz ergebenden Lichtkurve und einem Abgleich mit früheren Beobachtungen sollen die Helligkeitsvariationen auf dessen Oberfläche und die sich daraus abzuleitende Rotationsperiode dieses Mondes sowie die Ausrichtung von dessen Rotationsachse bestimmt werden.

Wetterbeobachtungen auf dem Titan und dem Saturn
Im Anschluss an die Erriapus-Kampagne rückt dann am 26. Dezember zunächst der Mond Titan in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Hierbei soll die Telekamera des ISS-Kameraexperiments den Titan aus einer Distanz von 3,46 Millionen Kilometern abbilden und dabei auf dessen nördlichen Hemisphäre nach markanten Wolkenformationen Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von Wolkenstrukturen und kleineren Sturmgebieten lassen sich zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig in der dichten Titanatmosphäre vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen.

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

Mit der gleichen wissenschaftlichen Zielsetzung wird die Weitwinkelkamera des ISS-Experiments am 27. Dezember auf den Saturn gerichtet sein und auch dort die Atmosphäre im Rahmen einer kurzen Beobachtungskampagne mit mehreren der insgesamt 18 Filter abbilden, mit denen die WAC ausgestattet ist. Bis zum 21. Januar 2015 sind weitere 14 weitere auf den Saturn bezogene ‚Sturmbeobachtungskampagnen‘ vorgesehen.

Astrometrische Beobachtungen
Zum Jahresabschluss sind für den 27. Dezember zudem diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde geplant. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Parameter über deren gegenwärtigen Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Weitere astrometrische Beobachtungskampagnen sollen am 1., am 2. und am 6. Januar 2015 erfolgen.

Diverse Ringe und Monde
Am 2. und 3. Januar soll die ISS-Kamera zudem über einen Zeitraum von 16 Stunden auf die Encke-Teilung gerichtet werden, welche sich im Bereich des äußeren A-Ringes des Saturn befindet. Die dabei zu erstellenden Aufnahmen sollen anschließend zu einer Videosequenz zusammengefügt werden.

Im Anschluss an die Beobachtungen der Encke-Teilung steht der F-Ring auf dem Beobachtungsprogramm, wobei unter anderem zum wiederholten Mal die dort erkennbaren diversen Verästelungen der gewundenen Einzelringe abgebildet werden sollen. Frühere Aufnahmen des ISS-Kamerasystems von Cassini führten zu dem Schluss, dass in erster Linie gravitative Wechselwirkungen mit dem weiter innen liegenden A-Ring und den beiden den F-Ring begrenzenden Saturnmonden Prometheus und Pandora die Form des F-Ringes gestalten. Speziell die gravitativen Einflüsse dieser beiden als „Schäfermonde“ fungierenden Monde sind für die Ausbildung der beobachteten Wellenstrukturen des F-Ringes verantwortlich. Auch aus diesen Aufnahmen soll eine kurze Videosequenz erstellt werden.

Zwischen dem 4. und dem 6. Januar soll die ISS-Kamera dann gleich zwei mal den Mond Iapetus abbilden. Zum Zeitpunkt der Beobachtungen wird sich dieser im Mittel 1.436 Kilometer durchmessenden Saturnmond in einer Entfernung von rund vier Millionen Kilometern zu Cassini befinden, weshalb es nicht möglich sein wird, Details von dessen zweigeteilten Oberfläche abzubilden. Auch eines der markantesten Merkmale von Iapetus – ein rund 1.300 Kilometer langer, etwa 20 Kilometer breiter und bis zu 13 Kilometer hoher Bergrücken – wird auf den Aufnahmen nicht erkennbar sein. Trotzdem werden diese Aufnahmen dabei behilflich sein, die unterschiedlichen Färbungen auf der Oberfläche dieses Mondes zu studieren.

Am 7. Januar wird dann aus einer Distanz von 12,7 Millionen Kilometern der äußere Saturnmond Phoebe abgebildet. Obwohl dieser etwa 212 Kilometer durchmessende Mond, bei dem es sich vermutlich um ein von dem Saturn ‚eingefangenes‘ Objekt aus der Frühzeit unseres Sonnensystem handelt, auf diesen Aufnahmen lediglich einen Durchmesser von drei Pixeln einnehmen wird, können diese Fotos doch genutzt werden, um auch hier die farblichen Variationen auf dessen Oberfläche zu studieren, welche auf unterschiedliche dort abgelagerte chemische und mineralogische Verbindungen hindeuten.

Periapsis
Am 9. Januar 2015 wird Cassini schließlich um 18:55 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 212, erreichen und die obersten Wolkenschichten des Ringplaneten dabei in einer Entfernung von 431.580 Kilometern passieren. Der Großteil der hierbei durchzuführenden Beobachtungssequenzen wird sich auf das Ringsystem des Saturn konzentrieren.

So wird zum Beispiel am 8. Januar eines der Spektrometer der Raumsonde, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dazu genutzt, um in Zusammenarbeit mit dem ISS-Kameraexperiment eine Sternbedeckung zu dokumentieren. Hierbei wird der im Sternbild Jungfrau (lateinischer Name Virgo) gelegene Stern Spica von Teilen des Ringsystems bedeckt. Bei einer weiteren Sternbedeckung – am 9. Januar wird der im Sternbild Herkules gelegene Stern Alpha Herculis von den Saturnringen bedeckt – kommt zudem das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) zum Einsatz.

Durch die sich dabei ergebenden Helligkeitsschwankungen in den Lichtkurven von Spica und Alpha Herculis erhoffen sich die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler Aufschlüsse über den Aufbau, die Materialdichte und die Struktur der Ringbereiche, welche diese Sterne bei den Okkultationen bedecken. Außerdem, so die Wissenschaftler, können hierbei eventuelle Veränderungen in der Ringstruktur registriert werden, welche erst kürzlich durch das Gravitationsfeld des Saturn oder durch ‚Einschläge‘ von Meteoroiden verursacht wurden.

Außerdem steht am 10. Januar der äußere A-Ring auf dem Beobachtungsprogramm der Raumsonde. Hierbei sollen in erster Linie zum wiederholten Mal sogenannte ‚Propellerstrukturen‘ dokumentiert werden. Bei diesen lediglich etwa 15 bis 25 Kilometer großen Strukturen handelt es sich um kleine ‚Hohlräume‘ innerhalb des Ringsystems, welche durch die gravitativen Einflüsse von vermutlich lediglich wenige Dutzend Kilometer durchmessenden Mini-Monden – so genannten Moonlets – verursacht werden. Durch die anzufertigenden Aufnahmen des A-Ringes sollen die bisher bekannten Bahnparameter dieser Objekte noch weiter verfeinert werden. Weitere Beobachtungen werden Teilbereiche der Ringe „B“, „D“ und „F“ zum Ziel haben.

Der Titan-Vorbeiflug T-108
Am 11. Januar 2015 steht dann der Höhepunkt dieses 212. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 20:49 MEZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 980 Kilometern passieren. Die mit diesem 109. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-108“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung. Neben dem ISS-Kamerasystem sollen dabei verschiedene Spektrometer genutzt werden, um die Oberfläche und die Atmosphäre des Titan zu untersuchen.

Während der Phase der dichtesten Annäherung an den Titan wird schließlich das RADAR-Instrument von Cassini für sieben Stunden die Beobachtungsabläufe dominieren. Unter anderem durch Scatterometrie- und Radiometriemessungen soll das RADAR weite Bereiche der in diesem Zeitraum sichtbaren Titanoberfläche abtasten und dabei weitere Daten über die Gestalt und die Zusammensetzung der Oberfläche sammeln. Durch Beobachtungen im Synthetic Aperture Radar-Modus sollen zudem gezielt mehrere der mit flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten Seen auf der Titanoberfläche abgebildet und studiert werden.

Unter anderem soll dabei versucht werden, ein ‚Bodenecho‘ vom Grund des Punga Mare zu erhalten. Die bei dieser Messung zu sammelnden Daten sollen nicht nur Aufschluss über die Tiefe dieses Sees liefern. Sie sollen auch dabei helfen zu erklären, warum entsprechende Messungen bei einem anderem See – dem Kraken Mare – erfolglos verliefen, während Messungen bei einem weiteren ‚Gewässer‘ – dem Ligeia Mare – zu dem Resultat führten, dass dieser See eine Tiefe von bis zu 170 Metern erreicht. Verfügen die Kohlenwasserstoffverbindungen, welche das Kraken Mare füllen über eine andere Zusammensetzung – hierfür infrage kommt zum Beispiel ein höherer Anteil an Ethan – als die Verbindungen im Ligeia Mare oder ist das Kraken Mare einfach nur zu tief, als dass die Radarstrahlen dessen Grund erreichen können?

Weitere SAR-Messungen werden sich direkt auf den See Ligeia Mare sowie auf ein ausgedehntes Feld aus Sanddünen namens Aaru konzentrieren, dessen Zentrum sich bei zehn Grad südlicher Breite und 340 Grad westlicher Länge im Bereich der Äquatorregion des Titan befindet. Dieser Vorbeiflug an den Titan bietet laut den derzeitigen Planungen über den weiteren Verlauf der Cassini-Mission für die beteiligten Wissenschaftler die letzte Gelegenheit, das Ligeia Mare mit dem RADAR-Instrument im Detail zu untersuchen.
Nach dem Abschluss der Radarmessungen wird rund fünf Stunden nach der dichtesten Annäherung an den Titan erneut die ISS-Kamera ‚übernehmen‘ und diesen Mond in Zusammenarbeit mit einem weiteren Spektrometer, dem Composite Infrared Spectrometer (CIRS), abbilden. Die Messungen des CIRS sollen dazu dienen, die aktuellen Atmosphärentemperaturen über der Nachtseite des Titan zu ermitteln. Diese Daten sollen auch dabei helfen, eventuell gegenwärtig auftretende, durch den derzeitig erfolgenden Jahreszeitenwechsel bedingte Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung der Titanatmosphäre zu erkennen. Die mit dem Vorbeiflug T-108 verbundenen Beobachtungen des Titan werden noch bis zum 15. Januar andauern, wobei sich das Interesse der beteiligten Wissenschaftler dabei erneut auf die Dokumentation des gegenwärtigen Wettergeschehens konzentrieren wird.

Der Abschluss des Orbits 212
Nach einer kurzen Zündung der Triebwerke, welche bereits am 14. Januar erfolgen wird und einer notwendigen Kurskorrektur innerhalb des Saturnsystems dient, steht dann am 17. und 18. Januar erneut ein weiterer der kleinen, äußeren Saturnmonde – der etwa 23 Kilometer durchmessende Mond Albiorix – auf dem Beobachtungsprogramm, welcher dabei aus einer Entfernung von durchschnittlich 7,57 Millionen Kilometern im Rahmen einer 37 Stunden andauernden Beobachtungskampagne mehrfach abgebildet werden soll. Wie bereits zu Beginn des Saturnorbits Nummer 212 bei dem Mond Erriapus sollen auch bei Albiorix anhand der anzufertigenden Beobachtungsdaten dessen Rotationsperiode sowie die Ausrichtung der Rotationsachse näher bestimmt werden.

Zum Abschluss des am heutigen Tag beginnenden Saturnumlaufs steht dann im Januar 2015 erneut die Beobachtung einer Sternbedeckung an. Am 20. Januar wird der im Sternbild Großer Hund gelegene Stern Beta Canis Maioris von den Saturnringen bedeckt. Neben der ISS-Kamera soll dieses Ereignis ebenfalls mit dem UVIS-Spektrometer dokumentiert werden.

Am 25. Januar 2015 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 19:42 MEZ in einer Entfernung von rund 3,5 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 212. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 213 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie der Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 12. Februar 2015 in einer Entfernung von dann rund 1.200 Kilometern erneut passiert werden soll.

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

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Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: NASA/JPL.

Mit dem Staub in Sonnensystemen ist das so eine Sache: eine gewisse Menge deutet auf die Anwesenheit von Planeten hin, gibt es aber zu viel davon, dann ist den Wissenschaftlern die Sicht auf kleinere Planeten wiederum versperrt. Amerikanische Wissenschaftler haben nun in einer Beobachtungskampagne mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii in den Jahren 2008 bis 2011 50 nahe Sterne hinsichtlich des Gehalts an Staub in ihren inneren Systemen analysiert. Dabei unterteilten sie die Sterne in zwei Gruppen: Einmal solche, bei denen bekannt war, dass es in ihren Außenbereichen Staubvorkommen gibt (außen liegend ist dieser leichter zu identifizieren) und solche, in denen das nicht der Fall war.

Das Ergebnis macht die zukünftige Suche nach Exoplaneten von der Größe der Erde leichter: Dort, wo in den Außenbereichen kein oder kaum Staub vorgefunden werden konnte, war auch im Innenbereich nur wenig zu finden. So können Astronomen zukünftig schneller herausfinden, in welchen Systemen die Identifizierung erdähnlicher Planeten gelingen könnte.

Hintergrund der Studie ist das Bestreben der Wissenschaftler, erdähnliche Exoplaneten zu finden, die eventuell Leben beherbergen könnten, und sie, auch direkt, abzubilden. Das Vorkommen von Staub in der Höhe der Umlaufbahnen solcher Planeten um ihre Muttersterne würde dieses Vorhaben sehr viel schwieriger machen.

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

Am 15. November 2014 erreichte die Raumsonde Cassini auf ihrer elliptischen Umlaufbahn um den Saturn um 00:04 MEZ erneut die Apoapsis, den Punkt ihrer größten Entfernung zu dem zweitgrößten Planeten innerhalb unseres Sonnensystems. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 4,36 Millionen Kilometern zu der obersten Wolkenschicht des Saturn und begann damit zugleich ihren mittlerweile 211. Umlauf um den Ringplaneten. Aktuell weist die Flugbahn von Cassini dabei eine Inklination von 33,1 Grad auf.

Für das aus einer Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC) bestehende ISS-Kameraexperiment, einem der 12 wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Cassini, sind während dieses erneut 39 Tage andauernden Umlaufs, dessen offizielle Bezeichnung „Rev 210“ lautet, insgesamt 30 Beobachtungskampagnen vorgesehen. Wie üblich wird ein Großteil dieser Kampagnen erneut die Atmosphäre und das Ringsystem des Saturn zum Ziel haben. Den Höhepunkt der Beobachtungen stellt allerdings ein für den 10. Dezember vorgesehener naher Vorbeiflug an dem größten der derzeit 62 bekannten Saturnmonde, dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dar.
Sonnenkonjunktion
In den nächsten Tagen wird jedoch die Kommunikation zwischen der Erde und der Raumsonde Cassini zunächst erst einmal nur noch sehr stark eingeschränkt möglich sein. Der Grund hierfür ist eine in diesen Tagen erfolgende „Sonnenkonjunktion“. Hierbei handelt es sich um eine spezielle Himmelskonstellation, bei der sich der Saturn von der Erde aus gesehen in einem Abstand von nur wenigen Grad zu der Sonne befindet. Aufgrund dieser Planetenkonstellation ist die Datenübertragung zwischen der Erde und der in einer Umlaufbahn um den Saturn operierenden Raumsonde stark beeinträchtigt, da die von der Sonne ausgehende Strahlung die Funksignale, welche zwischen der Erde und der Raumsonde hin und her gesandt werden, zu sehr stört.

Augrund der dadurch bedingten Begrenzung der Datenübertragungsraten wird Cassini in dem Zeitraum zwischen dem 16. und dem 20. November keine wissenschaftlichen Untersuchungen des Saturn oder von dessen Monden durchführen. Allerdings wollen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler diese Zeit dazu nutzen, um mit dem auf dem Kommunikationssystem der Raumsonde basierenden Radio Science Subsystem (RSS) den Einfluss zu studieren, welchen die Sonnenstrahlung auf die in mehreren Wellenbereichen ausgesandten Radiosignale von Cassini ausübt. Durch die Verzerrungen der Radiosignale sollen so zum Beispiel Erkenntnisse über den aktuellen Elektronengehalt in der Sonnenkorona gewonnen werden.

Wetterbeobachtungen auf dem Titan
Die erste ISS-Beobachtungssequenz nach dem Ende der gegenwärtigen Sonnenkonjunktion wird am 22. November den Saturnmond Titan zum Ziel haben. Hierbei soll die Weitwinkelkamera des ISS-Kameraexperiments den Titan aus einer Distanz von 5,17 Millionen Kilometern abbilden und dabei auf dessen nördlichen Hemisphäre nach markanten Wolkenformationen Ausschau halten. Durch die regelmäßig erfolgende Dokumentation von Wolkenstrukturen und kleineren Sturmgebieten lassen sich zum Beispiel Aussagen über die gegenwärtig in der dichten Titanatmosphäre vorherrschenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten tätigen.

In Kombination mit früheren und zukünftigen Beobachtungen dieser langfristig angelegten ‚Sturmbeobachtungskampagne‘ lässt sich durch derartige Aufnahmen die allgemeine ‚Großwetterlage‘ auf dem Titan dokumentieren, welche sich aufgrund der Bewegung des Saturn um die Sonne und der dabei auftretenden Jahreszeiten in einem etwa 30 Jahre dauernden Rhythmus kontinuierlich verändert. Bis zum 4. Dezember sind weitere fünf derartige Beobachtungen vorgesehen.

Kleine Monde
Für den 23. November sind diverse sogenannte ‚astrometrische Beobachtungen‘ von mehreren der kleineren, inneren Saturnmonde vorgesehen. Die Umlaufbahnen dieser kleinen und entsprechend massearmen Saturnmonde unterliegen einer permanenten gravitativen Beeinflussung durch den Saturn und dessen größeren Monden, was zu minimalen Veränderungen der jeweiligen Umlaufbahnen führen kann. Das wissenschaftliche Ziel der anzufertigenden Aufnahmen der Monde besteht darin, die derzeit verfügbaren Daten über deren Umlaufbahnen noch weiter zu präzisieren. Weitere astrometrische Beobachtungskampagnen werden am 25. und 29. November sowie am 4., 5. und 21. Dezember erfolgen.

Am 24. November wird die ISS-Kamera schließlich aus einer Entfernung von etwa 9,81 Millionen Kilometern den Saturnmond Albiorix abbilden. Außer dessen Bahndaten, seinem Durchmesser von etwa 23 Kilometern und seiner mittleren Dichte von etwa 2,3 Gramm pro Kubikzentimeter ist über diesen erst im Jahr 2000 entdeckten Mond bisher nur sehr wenig bekannt. In Kombination mit den bereits zu früheren Zeitpunkten gewonnenen Beobachtungsdaten soll bei dieser Beobachtungskampagne die Ausrichtung von dessen Rotationsachse ermittelt werden. Außerdem sollen die neu anzufertigenden Aufnahmen, welche allerdings keine Oberflächendetails enthüllen werden, dazu dienen, dessen Rotationsdauer zu bestimmen. Eine weitere Albiorix-Beobachtungskampagne ist für den 26. November vorgesehen.

Periapsis
Am 8. Dezember 2014 wird Cassini um 22:22 MEZ die Periapsis, den Punkt der größten Annäherung an den Saturn während dieses Orbits Nummer 211, erreichen und den Ringplaneten in einer Entfernung von 597.910 Kilometern passieren. Zu diesem Zeitpunkt soll eines der Spektrometer der Raumsonde, das Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVIS), dazu genutzt werden, um verschiedene Regionen der Saturnatmosphäre und der Ringe des Saturn ‚abzutasten‘. Ein spezielles Augenmerk wird dabei auf die Südpolregion des Saturn gerichtet. Die an der Kampagne beteiligten Wissenschaftler erhoffen sich dadurch weitere Erkenntnisse über eventuell zu diesem Zeitpunkt dort befindliche Polarlichter.

Der Titan-Vorbeiflug T-107
Zwei Tage später, am 10. Dezember 2014, steht dann der Höhepunkt dieses 211. Umlaufs der Raumsonde Cassini um den Saturn an. Um 23:27 MEZ wird die Raumsonde den größten der Saturnmonde im Rahmen eines zielgerichteten Vorbeifluges mit einer Geschwindigkeit von 5,8 Kilometern pro Sekunde in einer Entfernung von 970 Kilometern passieren. Die mit diesem 108. Vorbeiflug am Titan – das Manöver trägt die Bezeichnung „T-107“ – assoziierten Beobachtungen beginnen bereits mehrere Stunden vor der dichtesten Annäherung.

Das hierbei zum Einsatz kommende Composite Infrared Spectrometer (CIRS) wird den Titan dabei mehrfach im mittleren und fernen Infrarotbereich abtasten. Die so gewonnenen Daten dienen der Bestimmung der aktuellen Temperaturen innerhalb der Atmosphäre dieses Mondes und sollen auch dabei helfen, dort eventuell durch den derzeitigen Jahreszeitenwechsel bedingte Veränderungen in deren chemischen Zusammensetzung zu erkennen. Zeitgleich wird auch die ISS-Kamera den Titan abbilden. Das aus 15 Einzelbilder bestehende Mosaik wird verschiedene Oberflächenstrukturen wie zum Beispiel die ausgedehnten Dünenfelder Tsegihi, Senkyo, Aztlan und Fensal und den Impaktkrater Nath umfassen.

Während der neun Stunden der dichtesten Annäherung von Cassini an den Titan gilt das Interesse der beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure der Atmosphäre des Titan. Zu diesem Zweck wird die Hauptantenne der Raumsonde während dieser Phase des Vorbeifluges direkt auf die Erde ausgerichtet sein und ein stabiles Radiosignal absetzen, welches nach dem Durchdringen der Titanatmosphäre – und einer dadurch bedingten leichten Veränderung, welche sich unter anderem durch eine Dopplerverschiebung dieses Signals bemerkbar macht – von den Empfangsanlagen des Deep Space Network (DSN) der NASA empfangen werden wird. Die so gewonnenen Daten können anschließend mit zeitgleich erfolgenden Messungen eines weiteren Instruments der Raumsonde, dem Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS), abgeglichen werden.

Durch die Auswertung der im Rahmen dieser Kampagne ausgestrahlten Radiosignale und dem Vergleich mit den entsprechenden INMS-Daten wollen die Wissenschaftler die gegenwärtige Temperatur und Dichte der oberen Schichten der Saturnatmosphäre ermitteln. Hierbei soll auch ein vertikales Profil der Ionendichte in der Ionosphäre des Saturn gewonnen werden.

Zudem erhoffen sich die für die Steuerung der Raumsonde verantwortlichen Mitarbeiter des Cassini-Navigationsteams vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA weitere Erkenntnisse darüber, inwieweit die Raumsonde bei einem dichten Vorbeiflug an dem Titan durch dessen selbst noch in einer Höhe von fast 1.000 Kilometern vorhandenen und ‚deutlich spürbaren‘ Atmosphäre abgebremst wird. Vergleichbare Messungen haben zu unterschiedlichen und teilweise deutlich voneinander abweichenden Resultaten geführt. Eine möglichst genaue Kenntnis dieses Effektes ist jedoch nötig, um zukünftige Vorbeiflüge der Raumsonde an dem Titan mit der dafür notwendigen Genauigkeit im Detail planen zu können.
Während der Endphase des Titan-Vorbeifluges T-107 wird schließlich ein weiteres Instrument, das Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), zum Einsatz kommen. Das VIMS soll hierbei speziell nach Reflektionen des Sonnenlichts Ausschau halten, welche ihren Ursprung auf den Oberflächen von einigen der größeren mit Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten Seen auf der Titanoberfläche haben, die sich über größere Bereiche von dessen nördlichen Hemisphäre erstrecken. Das UVIS-Spektrometer soll zudem die Stickstoffemissionen untersuchen, welche sich in einer Höhe von etwa 800 Kilometern über der Oberfläche des Titan konzentrieren.

Der Phoebe-Ring, weitere Monde und der Saturn
Am 14. Dezember wird das ISS-Kamerateam schließlich versuchen, den am weitesten vom Saturn entfernt gelegenen, extrem lichtschwachen und erst im Jahr 2009 auf Aufnahmen des Weltraumteleskops Spitzer entdeckten Phoebe-Ring abzubilden. Hierbei soll auf den Aufnahmen der Weitwinkelkamera WAC der Schatten erkennbar sein, welcher der Saturn auf diesen Ring wirft.

Weitere Beobachtungen werden am 15. und am 22. Dezember die äußeren Saturnmonde Loge und Thrymr zum Ziel haben. Wie bereits am 24. November bei dem Mond Albiorix sollen auch diese aus Entfernungen von 17,3 beziehungsweise 11,4 Millionen Kilometern durchzuführenden Beobachtungssequenzen dazu dienen, deren Rotationsdauer sowie die Orientierung der Rotationsachsen zu ermitteln.

Am 17. Dezember steht zudem der Saturn auf dem Beobachtungsplan. Hierbei sollen auch hier – vergleichbar mit entsprechenden Beobachtungen beim Titan – Daten über Wolkenbewegungen und sich daraus abzuleitende Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten gewonnen werden. Bis zum 22. Dezember werden noch drei weitere solche ‚Sturmbeobachtungskampagnen‘ erfolgen.

Am 24. Dezember 2014 wird die Raumsonde Cassini schließlich um 20:16 MEZ in einer Entfernung von rund 3,4 Millionen Kilometern zum Saturn erneut die Apoapsis ihrer Umlaufbahn erreichen und damit auch diesen 211. Umlauf um den Ringplaneten beenden. Für den damit beginnenden Orbit Nummer 212 sind erneut diverse Beobachtungen des Ringsystems und der Atmosphäre des Saturn sowie der Saturnmonde vorgesehen. Den Höhepunkt dieses nächsten Orbits bildet dabei ein weiterer gesteuerter Vorbeiflug an dem Mond Titan, welcher von der Raumsonde am 11. Januar 2015 in einer Entfernung von dann rund 970 Kilometern erneut passiert werden soll.

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

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

Nach einem mehr als zehn Jahre andauernden Flug durch unser Sonnensystem erreichte die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Rosetta am 6. August 2014 das Ziel ihrer Reise – den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt). Seitdem ‚begleitet‘ Rosetta diesen Kometen auf seinem Weg in das innere Sonnensystem und untersucht dieses Relikt aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems intensiv mit elf wissenschaftlichen Instrumenten.

Bei einem dieser Instrumente handelt es sich um die unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelte und betriebene OSIRIS-Kamera. Das OSIRIS-Kameraexperiment – „OSIRIS“ steht als Abkürzung für „Optical, Spectroscopic and InfraRed Remote Imaging System“ – besteht aus einer Tele- und einer Weitwinkelkamera, welche mit mehreren Filtern in verschiedenen Spektralkanälen hochaufgelöste Bilder von der Oberfläche des Kometen 67P anfertigen.

Mittlerweile konnten die an dem Kameraexperiment beteiligten Wissenschaftler einen Großteil der Kometenoberfläche kartieren und dabei beeindruckende Strukturen mit einer Größe von teilweise nur wenigen Metern abbilden. Dabei zeigte sich in den vergangenen Monaten, dass der Komet 67P über eine unerwartet stark variierende Oberfläche verfügt, welche größtenteils von einem rauen Gelände dominiert wird, auf dem sich eine Vielzahl von sehr stark geneigten Berghängen, scharfkantige Klippen, Vertiefungen, kraterähnliche Strukturen, parallel verlaufenden Rillen und Gräben sowie Gesteinsbrocken und Felsblöcke befinden (Raumfahrer.net berichtete).

Lediglich die ‚Südseite‘ des Kometen hat sich bisher erfolgreich den Blicken der Wissenschaftler entzogen.

Der Komet 67P benötigt sechs Jahre und 203 Tage, um die Sonne auf seiner elliptischen Umlaufbahn einmal zu umrunden. Da die Rotationsachse des Kometen dabei jedoch nicht senkrecht auf der Bahnebene steht, sondern gegen diese geneigt ist, werden Teile der Oberfläche von 67P zeitweise über längere Zeiträume hinweg nicht vom Sonnenlicht erreicht. Gegenwärtig ereignet sich auf der südlichen Hemisphäre des Kometen bereits seit einigen Monaten eine solche Polarnacht, welche mit den Zeiten der völligen Dunkelheit in den Polarregionen der Erde vergleichbar ist.

Somit war es bisher unmöglich, die dort befindlichen Strukturen mit der OSIRIS-Kamera abzubilden oder auch nur grobe Oberflächenformationen zu erkennen. Dies stellt für die Wissenschaftler ein Problem dar, denn gerade die – möglichst frühzeitige – Untersuchung dieser ‚dunklen Seite‘ des Kometen könnte dabei helfen, die zunehmende Aktivität des Himmelskörpers besser zu verstehen.

„Wenn 67P seinen sonnennächsten Punkt erreicht, trennen ihn nur noch etwa 186 Millionen Kilometer von unserem Zentralgestirn. In dieser Phase wird gerade diese Südseite beleuchtet und ist somit besonders hohen Temperaturen und starker Strahlung ausgesetzt“, erläutert Dr. Holger Sierks, der Leiter des OSIRIS-Teams vom MPS. Die Wissenschaftler vermuten deshalb, dass dieser Oberflächenbereich am stärksten von der Aktivität des Kometen gezeichnet ist. „Wir sind schon sehr gespannt auf den Mai nächsten Jahres. Dann endet die Polarnacht und wir können die Südseite endlich genau betrachten“, so Dr. Sierks weiter.

Streulicht ermöglicht Aufnahmen von im Dunkeln gelegenen Regionen
Allerdings können die Kometenforscher dank des überaus leistungsfähigen Kamerasystems und der zunehmenden Aktivität des Kometen mittlerweile auf einen Trick zurückgreifen. Kometen sind Überreste aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems, welche sich auf elliptischen Umlaufbahnen um die Sonne bewegen. Den Großteil ihrer Existenz fristen diese auch als ’schmutzige Schneebälle‘ bezeichneten Objekte fernab der Sonne als kalte, nahezu unveränderliche Brocken aus Eis, Staub und gefrorenen Gasen. Erst wenn sich ein Komet auf seiner langgezogenen Umlaufbahn der Sonne bis auf eine Entfernung von etwa fünf Astronomischen Einheiten – dies entspricht in etwa 750 Millionen Kilometern – nähert, setzt eine zunächst allerdings noch sehr langsam ablaufende Verwandlung ein.

Aufgrund der steigenden Temperaturen sublimieren die leichtflüchtigen Bestandteile des Kometenkerns – in erster Linie handelt es sich dabei um gefrorenes Wasser, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ammoniak – und entweichen mit Geschwindigkeiten von bis zu einigen hundert Metern in der Sekunde in das umgebende Weltall. Dabei reißen diese freigesetzten Gase regelrechte Fontänen aus Staub mit sich. Diese Teilchen formen zunächst eine Koma, welche den Kometenkern vollständig einhüllt.

Gleichzeitig reflektieren diese in der Umgebung des Kometen befindlichen Staubpartikel das Sonnenlicht und ‚beleuchten‘ dabei auch die nicht direkt von der Sonne beschienenen Oberflächenbereiche des Kometenkerns. Dieses Streulicht fällt mittlerweile so stark aus, dass sich auf den lang belichteten Kameraaufnahmen einige Oberflächenstrukturen zumindestens erahnen lassen.

„Einer normalen Kamera würde diese winzige Lichtmenge kaum weiterhelfen“, erklärt OSIRIS-Teammitglied Maurizio Pajola vom Center of Studies and Activities for Space der Universität Padua in Italien. Während gewöhnliche Kameras Informationen in acht Bits pro Pixel speichern und somit nur 256 verschiedene Graustufen unterscheiden können, handelt es sich bei der OSIRIS um eine 16-Bit-Kamera. Dies bedeutet, dass ein einzelnes Foto dieser Kamera mehr als 65.000 Graustufen enthalten kann.

Dadurch bedingt kann die OSIRIS Oberflächenbereiche, welche dunkler als Kohle sind und schneeweiße Regionen zusammen auf ein und demselben Bild abbilden. Durch eine entsprechende Bildbearbeitung, bei der in den dunklen Regionen Kontrast und Helligkeit angehoben werden, ist es möglich, auch in diesen Gebieten Oberflächendetails zu erkennen.

Die an der Rosetta-Mission beteiligten Wissenschaftler nutzen diese hohe dynamische Bandbreite der OSIRIS-Kamera nicht nur, um in das Dunkel der Polarnacht zu blicken, sondern auch, um zusätzliche Informationen über Regionen zu erhalten, welche aufgrund der Rotation des Kometenkerns und der sich dadurch verändernden Beleuchtungsverhältnisse lediglich für kurze Zeit im Schatten liegen.

Wasser und Kohlenstoffdioxid in der Koma des Kometen
Aber auch die anderen Instrumente von Rosetta sind aktiv und liefern den Wissenschaftlern weitere Erkenntnisse über den Kometen. Bereits im September wurde eine Karte vorgestellt, welche die Temperaturverteilung auf der Oberfläche von 67P zeigt ( thermischen Eigenschaften von 67P). Das hierfür genutzte Instrument – ein im sichtbaren und im infraroten Wellenlängenbereich arbeitendes abbildendes Spektrometer namens „Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer“ (kurz „VIRTIS“) – soll neben den Informationen über die Temperatur des Kometenkerns auch Informationen über dessen chemische und mineralogische Zusammensetzung sowie über die Verteilung der dort befindlichen festen und gasförmigen Stoffe liefern.

Bereits Anfang Oktober gelang mit dem VIRTIS-Spektrometer der zeitgleiche Nachweis von Wasser und Kohlenstoffdioxid, welches von der ‚Halsregion‘ des Kometen in das umgebende Weltall entweicht. Durch den direkten Nachweis dieser beiden Gase konnte auch deren Mengenverhältnis ermittelt werden. Dabei zeigte sich, dass die relative Häufigkeit des Kohlenstoffdioxids gegenüber dem freigesetzten Wasserdampf bei lediglich vier Prozent liegt. Der Komet 67P scheint somit deutlich weniger Kohlenstoffdioxid zu beherbergen als etwa der Komet 103P/Hartley, bei dem es sich ebenfalls um einen kurzperiodischen Kometen aus der Jupiter-Familie handelt. Im Rahmen ihres kurzen Vorbeifluges an dem Kometen Hartley am 4. November 2010 ermittelte die NASA-Raumsonde Deep Impact dort einen Kohlenstoffdioxidanteil von etwa 20 Prozent.

Durch die VIRTIS-Daten konnte auch ermittelt werden, dass in einer Höhe von etwa einem Kilometer über der Kometenoberfläche eine Umgebungstemperatur von etwa minus 183 Grad Celsius herrscht. Dieser ‚Temperatursturz‘ – direkt auf der Oberfläche liegt die Temperatur bei etwa minus 70 Grad Celsius – wurde erwartet und ist auf einen Vorgang names adiabatische Expansion zurückzuführen. Die Gasmoleküle transportieren Wärme von der Oberfläche in das Weltall, geben diese aber zunächst nicht an die Umgebung ab. Vielmehr ist das Absinken der Temperatur durch die abnehmende Gasdichte zu erklären, denn je weiter sich die Gasmoleküle von der Oberfläche des Kometen entfernen, desto mehr verteilen diese sich auch.

Die Landung von Philae steht bevor
Derzeit bereiten sich die an der Rosetta-Mission beteiligten Wissenschaftler und Ingenieure auf einen weiteren Höhepunkt der Mission vor. Der von der Kometensonde mitgeführte Lander Philae soll am Vormittag des 12. November 2014 um 09:35 MEZ von Rosetta abgetrennt werden. Die Raumsonde wird sich dabei in einer Entfernung von etwa 22,5 Kilometern zum Zentrum des Kometen befinden. Nach der Separation wird sich der Kometenlander dann im Rahmen einer vorprogrammierten Kommando-Sequenz autonom zur Kometenoberfläche bewegen, welche etwa sieben Stunden später erreicht werden soll.

Der hierfür ausgewählte Landeplatz J wurde mittlerweile auf den Namen „Agilkia“ ‚getauft‘. Dieser Name wurde im Rahmen eines Namenswettbewerbes zur Benennung des Landeplatzes ausgewählt. Der Name geht auf eine Insel im Nil zurück. Agilkia wurde im Jahr 1980 der neue Standort für den Isis-Tempel, als dessen ursprünglicher Standort – die benachbarte Insel Philae – durch den Bau des Assuan-Staudamms überflutet wurde.

Bereits während der ‚Abstiegsphase‘ zur Kometenoberfläche werden die zehn Instrumente des Landers wissenschaftliche Daten aus der unmittelbaren Umgebung von 67P gewinnen. Neben der Anfertigung verschiedener Fotoaufnahmen der Kometenoberfläche ist dabei die Sammlung von Daten über die von dem Kometen ausgehenden Staub- und Gaspartikel sowie über das dort befindliche Plasma und über das Magnetfeld von 67P geplant.

Unmittelbar nach der Landung wird Philae mit einer ersten wissenschaftlichen Kampagne beginnen, in deren Rahmen unter anderem ein ‚Rundum‘-Panorama des Landeplatzes angefertigt werden soll. Eine ausführliche Timeline über die für den 11. und 12. November geplanten Aktivitäten finden Sie auf dieser Internetseite der ESA in englischer Sprache. Die weitere Untersuchung des Kometen 67P durch Philae könnte unter optimalen Bedingungen bis zum März 2015 fortgesetzt werden. Spätestens ab diesem Zeitpunkt – so die Erwartungen der beteiligten Wissenschaftler – wird die Temperatur im Inneren des Landers so weit ansteigen, dass wichtige Systeme beschädigt werden und dauerhaft ausfallen.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO.

Das System des rund 63 Lichtjahre von der Erde entfernt gelegenen und etwa 20 Millionen Jahre alten Sterns Beta Pictoris wird von den Astronomen als ein ursprüngliches, noch in der Entstehungsphase befindliches Planetensystem angesehen. Bereits im Jahr 1983 konnte mit dem Infrarotsatelliten IRAS eine Staubscheibe entdeckt werden, welche diesen Stern umgibt und die über einen Durchmesser von bis zu 1.000 Astronomischen Einheiten verfügt. Eine Astronomische Einheit – kurz AE – beschreibt den mittleren Abstand zwischen der Erde und der Sonne und beträgt rund 150 Millionen Kilometer. Der im Sternbild Maler (lat. „Pictor“) gelegene Stern Beta Pictoris war einer der ersten Sterne, bei denen eine solche Scheibe nachgewiesen werden konnte.

Seit dem Jahr 2008 ist zudem bekannt, dass sich innerhalb dieser Scheibe ein Exoplanet um den Stern bewegt. Beta Pictoris b – so der Name dieses Planeten – verfügt in etwa über den 1,7-fachen Durchmesser und die siebenfache Masse des Planeten Jupiter und umrundet seinen Stern in einer mittleren Entfernung von rund 8,5 Astronomischen Einheiten (1,275 Milliarden Kilometern). Der Exoplanet konnte in der Vergangenheit bereits mehrfach mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) direkt abgebildet und mittels adaptiver Optik untersucht werden.

Exokometen
Noch vor der Entdeckung dieses Exoplaneten stießen die Astronomen jedoch auf Hinweise darauf, dass sich innerhalb der den Stern Beta Pictoris umgebenden Staubscheibe auch Kometen befinden. Den Grund für diese Annahme lieferte die fast 30 Jahre andauernde Untersuchung des von diesem Stern ausgehenden Lichts, welches minimale Veränderungen aufweist.

Kometen sind kleine, lediglich wenige Kilometer durchmessende Objekte aus Eis, Staub und gefrorenen Gasen. Sobald sich ein Komet seinem Stern nähert sublimieren die leichtflüchtigen Bestandteile des Kometenkerns – in erster Linie handelt es sich dabei um gefrorenes Wasser, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ammoniak – aufgrund der steigenden Temperaturen und entweichen mit Geschwindigkeiten von bis zu einigen hundert Metern in der Sekunde in das umgebende Weltall. Dabei reißen diese freigesetzten Gase regelrechte Fontänen aus Staub mit sich.

Obwohl Kometen deutlich kleiner als Planeten sind können diese bei fremden Sternen durch spektroskopische Untersuchungen des Sternenlichts doch relativ einfach nachgewiesen werden.

Sobald sich ein solcher Exokomet auf seiner Umlaufbahn genau zwischen seinen Stern und der Erde bewegt, weist das von dem Stern ausgehende Licht eine minimale Veränderung auf. Zum einen absorbieren die Kometenschweife dieser auch als „Falling Evaporating Bodies“ (kurz „FEB“) bezeichneten Objekte einen Teil des Sternlichts. Zum anderen treten – bedingt durch die Gase des Kometenschweifs und der darin enthaltenen Staubpartikel – zusätzliche Absorptionslinien auf.

Diese zusätzlichen Absorptionslinien sind typischerweise zu längeren Wellenlängen hin verschoben. Aus dieser Dopplerverschiebung lassen sich Rückschlüsse auf die Geschwindigkeiten der Objekte und deren Bewegungsrichtung ziehen. Das schwache Leuchten der Exokometen selber wird dagegen von dem gleißend hellen Licht des Sterns überstrahlt, weshalb sie von der Erde aus nicht direkt beobachtet werden können.

Kometen in der Staubscheibe von Beta Pictoris
Um die Exokometen von Beta Pictoris zu studieren, hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Flavien Kiefer 1.106 Spektren dieses Sterns analysiert, welche in den Jahren 2003 bis 2011 mit dem HARPS-Instrument am 3,6-Meter-Telskop des La-Silla-Observatoriums der Europäischen Südsternwarte in den nordchilenischen Anden angefertigt wurden.

In den Datensätzen entdeckten die Astronomen Hinweise auf zahlreiche Kometentransits, welche sich 493 verschiedenen Exokometen zuordnen ließen. Einige Kometen wurden mehrfach und über Zeiträume von mehreren Stunden beobachtet. Eine gründliche Auswertung der Daten lieferte dabei Angaben über die Bewegungsrichtungen und -geschwindigkeiten der Kometen sowie über die Ausdehnungen der Gaswolken, welche diese Kometen umgeben. Außerdem konnten verschiedene weitere Eigenschaften der Umlaufbahnen wie zum Beispiel die Form und die Orientierung der Umlaufbahn oder die Entfernung zu dem Stern Beta Pictoris abgeleitet werden.

Dies ist das erste Mal, dass gleich mehrere hundert Exokometen in einem einzigen Sternsystem untersucht wurden. Dabei stellte sich heraus, dass in dem Sternsystem von Beta Pictoris zwei unterschiedlichen ‚Familien‘ von Exokometen existieren. Auch in unserem Sonnensystem sind den Astronomen unterschiedliche Kometengruppen bekannt.

Die der ersten Kometenfamilie bei Beta Pictoris angehörenden Exokometen zeigen eine eher schwache Aktivität mit niedrigen Freisetzungsraten von Gas und Staub. Dies deutet darauf hin, dass diese Kometen ihre Vorräte an gefrorenem Material durch ihre mehrmaligen nahen Vorbeiflüge an dem Stern Beta Pictoris bereits verbraucht haben. Zudem stimmen die Bahnparameter der Umlaufbahnen dieser Kometen genau mit den Parametern überein, welche für Objekte vorhergesagt werden, die sich in einer Bahnresonanz mit einem massereichen Planeten befinden. Dieser Planet sollte sich in einer Entfernung von etwa 700 Millionen Kilometern zu dem Stern Beta Pictoris befinden.

Die Exokometen der zweiten Familie sind dagegen deutlich aktiver und befinden sich außerdem auf nahezu identischen Umlaufbahnen was darauf hinweist, dass die Mitglieder dieser Familie alle denselben Ursprung haben. Vermutlich entstanden sie erst kürzlich durch den Zerfall eines oder mehrerer größere Objekte. Diese Fragmente bewegen sich jetzt auf Umlaufbahnen, welche sie sehr nahe an den Stern Beta Pictoris heranführt. Damit weisen die Mitglieder dieser Kometengruppe eine gewisse Ähnlichkeit mit den Kometen der Kreutz-Gruppe in unserem Sonnensystem auf.

„Beta Pictoris ist ein sehr spannendes Beobachtungsziel! Die genaue Beobachtung seiner Exokometen gibt uns Hinweise darauf, welche Prozesse in dieser Art von jungen Planetensystemen auftreten. Wir haben [hier] zum ersten Mal überhaupt mit einer statistischen Untersuchung die physikalischen Prozesse und die Umlaufbahnen einer großen Zahl von Exokometen bestimmt. Diese Arbeit liefert einen bemerkenswerten Einblick in die Mechanismen, die in unserem Sonnensystem kurz nach seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren am Werk waren“, so Flavien Kiefer.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden am 23. Oktober 2014 unter dem Titel „Two families of exocomets in the Beta Pictoris system“ in der Fachzeitschrift Nature publiziert.

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Fachartikel von F. Kiefer et al.:

• Two families of exocomets in the Beta Pictoris system (engl.)

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

Nach einem mehr als zehn Jahre andauernden Flug durch unser Sonnensystem, bei dem eine Distanz von rund 6,4 Milliarden Kilometern zurückgelegt wurde, erreichte die von der europäischen Weltraumagentur ESA betriebene Raumsonde Rosetta am 6. August 2014 das Ziel ihrer Reise – den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko (der Einfachheit halber ab hier als „67P“ abgekürzt). Seitdem ‚begleitet‘ Rosetta diesen Kometen auf seinem Weg in das innere Sonnensystem und untersucht dieses Relikt aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems intensiv mit elf wissenschaftlichen Instrumenten.

Mitte September bewegte sich Rosetta dabei in einer Umlaufbahn um den Kometen, welche in einer Entfernung von etwa 30 Kilometern zu dessen Zentrum verlief. Während dieser „Global Mapping Phase“ (kurz „GMP“) wurden die abbildenden Instrumente der Raumsonde dazu genutzt, um die Oberfläche von 67P zu verschiedenen ‚Tageszeiten‘ und somit unter unterschiedlichen Beleuchtungsverhältnissen abzubilden und zu charakterisieren. Auf den Aufnahmen zeigt sich, dass der Komet 67P über eine stark variierende Oberfläche verfügt, welche größtenteils von einem rauen Gelände dominiert wird, auf dem sich eine Vielzahl von teilweise sehr stark geneigten Berghängen, scharfkantige Klippen, Vertiefungen, kraterähnliche Strukturen, parallel verlaufenden Rillen und Gräben sowie Gesteinsbrocken und Felsblöcke befinden.

In einer bestimmten Region wurde dabei zum Beispiel auf einer Fläche von etwa einem Quadratkilometer mehr als 300 Felsblöcke gezählt, welche über einen Durchmesser von teilweise deutlich mehr als drei Metern verfügen. Diese blockartigen Strukturen gehören zu den auffälligsten und bisher geheimnisvollsten Oberflächenmerkmalen des Kometen 67P.

Der Felsblock ‚Cheops‘

Am 19. September 2014 gelang es den an der Mission beteiligten Wissenschaftlern mit der OSIRIS-Kamera – der vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Hauptkamera an Bord der Raumsonde – von einem dieser Felsblöcke eine beeindruckende Aufnahme anzufertigen. Mit einer maximalen Ausdehnung von etwa 45 Metern handelt es sich bei diesem Gesteinsblock um einen der größten Felsblöcke auf der Oberfläche des Kometen.

Er befindet sich auf der Unterseite des größeren Teilkörpers von 67P und ist dort am Rand einer Ansammlung ähnlicher Brocken abgelagert. Da diese ‚Felsgruppe‘ die Wissenschaftler an die Pyramiden von Gizeh erinnert, wurde der jetzt abfgebildete Felsbrocken, der zugleich der größte der dortigen Felsblöcke ist, nach der Cheops-Pyramide benannt.

Mit dieser Namenswahl folgen die Wissenschaftler den für die Rosetta-Mission vorgesehenen Kriterien bezüglich der Vergabe von Namen für Strukturen auf der Oberfläche des Kometen 67P. Die zu vergebenden Bezeichnungen für Oberflächenformationen auf dem Kometen sollen – ganz im Sinne der Namensherkunft für die Raumsonde Rosetta – einen allgemeinen Bezug zu der ägyptischen Geschichte und Mythologie aufweisen.

Diese Felsgruppe war erstmals auf Aufnahmen zu erkennen, welche bereits Anfang August bei der Ankunft von Rosetta an dem Kometen angefertigt wurden. In den vergangenen Wochen konnte die OSIRIS-Kamera – nachdem sich die Raumsonde der Kometenfläche immer weiter angenähert hatte – diese Formation erneut abbilden. Aus einer Entfernung von lediglich noch 28,5 Kilometern erreichte die Kamera dabei am 19. September 2014 allerdings eine deutlich höhere Auflösung von etwa 50 Zentimetern pro Pixel. Die hochaufgelöste Aufnahme enthüllt dabei sogar verschiedenen Details.

„Die Oberfläche von Cheops erscheint zerklüftet und unregelmäßig“, so Dr. Holger Sierks vom MPS, der Leiter der OSIRIS-Teams. Besonders faszinierend sind dabei für die Wissenschaftler kleine Bereiche auf der Oberfläche des Brockens, welche dieselbe Helligkeit und Textur aufweisen wie der Untergrund. „Es sieht fast so aus, als ob der lose Staub, der die Oberfläche des Kometen bedeckt, sich in den Ritzen abgelagert hat. Dies ist jedoch derzeit nur eine Vermutung“, so Dr. Sierks weiter.

Die Gesteinsblöcke bilden derzeit noch ein ungelöstes Rätsel

Wie die meisten der kleineren und größeren Felsblöcke, welche das OSIRIS-Team derzeit kartografiert, hebt sich auch der Felsblock ‚Cheops‘ deutlich vom typischerweise dunkleren Untergrund der Kometenoberfläche ab. Abgesehen von den Größen und der Verteilung auf der Oberfläche des Kometen stellen jedoch fast alle Merkmale der Felsblöcke von 67P für die Kometenforscher derzeit immer noch ein Rätsel dar.

Aus welchem Material bestehen diese Formationen? Was sind ihre physikalischen Eigenschaften wie etwa Dichte und Festigkeit? Und wie sind diese Blöcke einstmals entstanden? Das OSIRIS-Team hofft, dass eine regelmäßige Überwachung der Kometenoberfläche in den nächsten Monaten weitere Hinweise liefern wird, welche zur Beantwortung dieser Fragen beitragen werden.

„Falls die Brocken beispielsweise durch die Aktivität des Kometen freigelegt werden oder ihre Position dem Gravitationsfeld folgend verändern, so müssten wir dies in unseren Aufnahmen erkennen können“, so Dr. Sierks.

Am morgigen Tag wird sich die Raumsonde Rosetta, welche das Zentrum des Kometen derzeit noch in einer Entfernung von 18,6 Kilometern umrundet, durch eine Serie von Manövern auf eine Orbitbahn begeben, welche ab dem 15. Oktober in einer Entfernung von dann nur noch 9,8 Kilometern zum Zentrum verläuft. Für einen Umlauf um 67P wird Rosettadann nur noch 66 Stunden benötigen. Aus dieser nochmals deutlich verkürzten Distanz heraus soll die OSIRIS-Kamera noch besser aufgelöste Aufnahmen der Kometenoberfläche anfertigen.
Diese Daten sollen unter anderem genutzt werden, um die Details für die derzeit für den 12. November 2014 vorgesehene Landung des Kometenlanders Philae zu planen. Außerdem werden auch die anderen Instrumente der Raumsonde aus diesen neuen Orbit heraus noch bessere Messdaten liefern können, welche unter anderem der Untersuchung der von dem Kometen freigesetzten Staub- und Gaspartikel dienen werden.

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

Bereits seit dem 1. Juli 2004 befindet sich die Raumsonde Cassini in einer Umlaufbahn um den Saturn – den zweitgrößten Planeten unseres Sonnensystems. Dank der 12 wissenschaftlichen Instrumente mit denen die Raumsonde ausgestattet ist hat sich das Wissen der Menschheit über den Saturn, dessen faszinierendes Ringsystem und seine 62 bisher bekannten Monde seitdem ungemein erweitert.

In den letzten Jahren durchgeführte Studien haben zum Beispiel zu dem Resultat geführt, dass auf dem 5.150 Kilometer durchmessenden Mond Titan, dem größten der Saturnmonde, ein regelrechter Flüssigkeitskreislauf stattfindet, welcher im Gegensatz zu dem vergleichbaren Kreislauf auf der Erde allerdings nicht auf Wasser basiert. Bei Oberflächentemperaturen von rund minus 180 Grad Celsius regnen Methan und Ethan aus der Titanatmosphäre ab, welche sich anschließend auf der Oberfläche in ausgedehnten Abflusssystemen sammeln, von wo aus diese flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen zu verschiedenen Seen transportiert werden.

Somit hat sich der Titan neben der Erde als der einzige bekannte Ort innerhalb unseres Sonnensystems herauskristallisiert, auf dem auch in der Gegenwart ein Flüssigkeitskreislauf stattfindet. Aus den daran beteiligten Kohlenwasserstoffen könnten sich unter bestimmten Bedingungen auch komplexere organische Verbindungen bilden, welche als die „Grundbausteine des Lebens“ angesehen werden. Unter den Exobiologen gilt der Titan daher als einer der derzeit aussichtsreichsten Kandidaten für den Nachweis von extraterrestrischen Lebensformen.

Die Raumsonde Cassini hat den Titan mittlerweile 106 mal im Rahmen von dichten Vorbeiflügen passiert und bei diesen Gelegenheiten mit verschiedenen Instrumenten eingehend untersucht hat. Dank der dabei gesammelten Daten sind den Planetenforschern derzeit etwa 400 Seen auf der Titanoberfläche bekannt. Ein größerer See, der Ontario Lacus, und mehrere kleinere Seen befinden sich in der Nähe des Südpols des Titan. Der Großteil dieser Seen konzentriert sich jedoch in den hohen nördlichen Breiten des Titan, wo sich eine regelrechte Seenlandschaft befindet.

Das Ligeia Mare
Bei einem dieser Seen handelt es sich um das Ligeia Mare, welches sich bei 79 Grad nördlicher Breite und 248 Grad westlicher Länge befindet. Mit einer Ausdehnung von etwa 420 x 350 Kilometern und einer rund 3.000 Kilometer langen Küstenlinie handelt es sich hierbei nach dem Kraken Mare um den zweitgrößten Methansee auf dem Titan. Erst kürzlich gaben die an der Cassini-Mission beteiligten Wissenschaftler bekannt, dass sie über dieser Region aus Methan bestehende Wolkenformationen beobachtet haben (Raumfahrer.net berichtete).

Das Ligeia Mare befindet sich bereits seit geraumer Zeit im Fokus der Wissenschaftler. Im Rahmen des Titan-Vorbeifluges „T-92“, welcher bereits am 10. Juli 2013 erfolgte, wurde zum Beispiel das RADAR-Instrument von Cassini genutzt, um diese Region im SAR-Modus abzutasten.

Der Titan ist von einer dichten, überwiegend aus Stickstoff bestehenden Atmosphäre umgeben, welche im Bereich des sichtbaren Lichts keinen direkten Blick auf dessen Oberfläche zulässt. Deshalb kommt dem Synthetic Aperture Radar (SAR) bei der Abbildung und Erkundung der Oberfläche dieses Mondes eine besondere Bedeutung zu.

Dieses Bildgebungsverfahren arbeitet durch das Sammeln der Echos von Radarimpulse, welche von dem Radarinstrument der Raumsonde zu der Oberfläche des Titan ausgestrahlt werden. Die Gesamtintensität des Echos ist abhängig von der Rauhigkeit, der Struktur und der Zusammensetzung der Oberfläche. Unter anderem können mit dem SAR-Verfahren dreidimensionale Geländeprofile erzeugt werden, welche über eine hohe Auflösung und Genauigkeit verfügen. Die dabei gewonnenen Abbildungsdaten sind zudem aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit fotografischen Aufnahmen verhältnismäßig leicht zu interpretieren.

Die mit flüssigen Kohlenwasserstoffverbindungen gefüllten Seen des Titan verfügen über relativ glatte Oberflächen, welche die von der Raumsonde Cassini ausgesandten Radarstrahlen in einem nur geringen Umfang direkt zu dem Empfänger des Radarinstrumentes zurückstreuen. Aus diesem Grund erscheinen diese Seen auf den SAR-Aufnahmen als dunkle Regionen. Unebenere Oberflächenbereiche, welche die Radarsstrahlen mit deutlich mehr Energie zurückstreuen, erscheinen dagegen als mehr oder weniger helle Strukturen.

Eine ungewöhnliche Struktur
Auf den am 10. Juli 2013 gewonnenen Radarbildern entdeckten die Wissenschaftler eine ungewöhnliche ‚helle Struktur‘, welche sich über eine Fläche von etwa 75 Quadratkilometern erstreckte und die auf früheren, in den Jahren 2007 bis 2009 angefertigten Aufnahmen nicht zu erkennen war. Auch bei den folgenden Titan-Vorbeiflügen konnte diese Struktur weder auf weiteren, allerdings mit geringerer Auflösung angefertigten Radarbildern noch auf im infraroten Wellenlängenbereich angefertigten Aufnahmen erkannt werden. Dies führte zunächst zu der Annahme, dass man mehr oder weniger zufällig ein nur sehr kurzlebiges Phänomen beobachtet hatte.

Bei der Auswertung von Radaraufnahmen, welche am 21. August 2014 während des Titan-Vorbeifluges „T-104“ angefertigt wurden, entdeckten die Mitarbeiter des Radar-Teams diese Struktur jedoch erneut. Allerdings zeigte sich dabei auch, dass sich deren Form und Gestalt seit der letzten Beobachtung offensichtlich deutlich verändert hat. So verfügte die auffällige Region jetzt über eine mehr als doppelt so große Fläche von etwa 160 Quadratkilometern. Trotz dieser Veränderungen sind sich die beteiligten Wissenschaftler sicher, dass es sich bei der Struktur nicht um ein Bildartefakt oder einen Abbildungsfehler des Instrumentes handelt.

Was könnte die Ursache für das Auftreten dieser Struktur sein?
Der Frühlingsanfang auf der nördlichen Titanhemisphäre erfolgte bereits im August 2009, der Sommer wird im Jahr 2017 beginnen. Die Kohlenwasserstoffverbindungen, welche die auf der nördlichen Hemisphäre gelegenen Seen füllen, sollten laut den Berechnungen der Wissenschaftler durch den mit dem Jahreszeitenwechsel auf dem Titan einhergehenden minimalen Temperaturanstieg von wenigen Grad im Laufe der Zeit ‚verdunsten‘. Somit wäre eine Erklärung, dass die Radarbilder den Grund des langsam trocken fallenden Sees zeigen. Dies wird jedoch ausgeschlossen, da sich die Küstenlinie des Ligeia Mare auf den zu unterschiedlichen Zeitpunkten angefertigten Aufnahmen nahezu unverändert präsentiert.

Als wahrscheinlichere Ursachen gelten vielmehr ein durch Luftströmungen ausgelöster Wellengang auf der Oberfläche des Ligeia Mare, zu der Oberfläche des Sees aufsteigende Blasen oder auf beziehungsweise knapp unterhalb der Oberfläche treibende Eisschollen aus gefrorenen Kohlenwasserstoffverbindungen. Auch diese Phänomene könnten durch die jahreszeitlich bedingten Temperaturänderungen auf der Titanoberfläche hervorgerufen werden. Speziell die ‚Eisschollen-Theorie‘ als Erklärungsansatz würde sehr gut zu den Vorhersagen von Jonathan I. Lunine und Jason D. Hofgartner passen, welche sich bereits im Jahr 2013 mit dem Thema „Eisschollen auf den Titanseen“ beschäftigt haben.

„Die Wissenschaft liebt Mysterien und mit dieser rätselhaften Struktur haben wir ein faszinierendes Beispiel für die gerade auf dem Titan ablaufende Veränderungen vor uns“, so Stephen Wall vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena/Kalifornien, der stellvertretende Leiter des Cassini-Radarteams. „Wir hoffen, dass wir auch weiterhin in der Lage sein werden, die Veränderungen zu verfolgen und so herausfinden, was in diesem außerirdischen See vor sich geht.“

Die nächste Möglichkeit für eine eingehende Untersuchung des Titan bietet sich bereits am 24. Oktober 2014. An diesem Tag wird die Raumsonde Cassini den Titan um 04:41 MESZ im Rahmen eines gesteuerten Vorbeifluges erneut passieren und aus einer Überflughöhe von 1.013 Kilometern mit verschiedenen Instrumenten untersuchen.

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

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