Quelle: ESA 25. August 2023.

25. August 2023 – XRISM ist eine Zusammenarbeit zwischen der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) und der NASA, an der auch die ESA maßgeblich beteiligt ist. Der Start wird live auf Japanisch und Englisch auf dem YouTube-Kanal der JAXA übertragen.

Im Gegenzug für die Bereitstellung von Hardware und wissenschaftlicher Beratung erhält die ESA 8 % der verfügbaren Beobachtungszeit von XRISM. Dies wird es europäischen Wissenschaftler*innen ermöglichen, Himmelsquellen zur Beobachtung im Röntgenlicht vorzuschlagen und Durchbrüche in diesem Bereich der Astronomie zu erzielen.

„Die Röntgenastronomie ermöglicht uns die Untersuchung der energiereichsten Phänomene im Universum. Sie birgt den Schlüssel zur Beantwortung wichtiger Fragen der modernen Astrophysik: wie sich die größten Strukturen im Universum entwickeln, wie die Materie, aus der wir letztlich bestehen, im Kosmos verteilt wurde und wie Galaxien von massereichen schwarzen Löchern in ihrem Zentrum geformt werden“, sagt Matteo Guainazzi, ESA-Projektwissenschaftler für XRISM.

„XRISM wird eine wertvolle Brücke zwischen den anderen Röntgenmissionen der ESA sein: XMM-Newton, die nach 24 Jahren im All immer noch in Betrieb ist, und Athena, die Ende der 2030er-Jahre starten soll.“

Enthüllung des heißen und energiegeladenen Universums
Wenn wir in den Himmel schauen, sehen wir Sterne und Galaxien, aber diese sagen uns relativ wenig über die Funktionsweise des Universums. Für unsere Augen unsichtbar kann Gas, das Röntgenstrahlung emittiert und sich in und zwischen den Sternen und Galaxien befindet, viel mehr enthüllen.

Röntgenstrahlen werden bei den energiereichsten Explosionen und an den heißesten Orten des Universums freigesetzt. Dazu gehört das superheiße Gas, das die größten Bausteine des Universums umgibt: Galaxienhaufen. JAXA hat XRISM entwickelt, um Röntgenstrahlung dieses Gases aufzuspüren und den Astronomen*innen zu helfen, die Gesamtmasse dieser Systeme zu messen. Dies wird Aufschluss über die Entstehung und Entwicklung des Universums geben.

Die XRISM-Beobachtungen von Galaxienhaufen werden auch Aufschluss darüber geben, wie das Universum die chemischen Elemente produziert und verteilt hat. Das heiße Gas in den Haufen ist ein Überbleibsel der Geburt und des Todes von Sternen im Laufe der Geschichte des Universums. Durch die Untersuchung der von dem Gas emittierten Röntgenstrahlen wird XRISM herausfinden, welche „Metalle“ (Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium) es enthält, und kartieren, wie das Universum mit diesen angereichert wurde.

In der Zwischenzeit wird XRISM einzelne Objekte, die Röntgenstrahlung emittieren, näher betrachten, um die Grundlagen der Physik zu erforschen. Die Mission wird das Röntgenlicht von unglaublich dichten Objekten wie den aktiven supermassereichen schwarzen Löchern messen, die sich im Zentrum mancher Galaxien befinden. So können wir verstehen, wie die Objekte die umgebende Raumzeit verzerren und in welchem Ausmaß sie ihre Wirtsgalaxien durch „Winde“ von Teilchen beeinflussen, die mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden.

Europäische Beiträge zu einer globalen Anstrengung
„Die ESA und die europäische Gemeinschaft sind seit Langem an den Hochenergie-Weltraumteleskopen der JAXA beteiligt“, erklärt Matteo. „Die Fortsetzung dieser Partnerschaft durch XRISM bringt beiden Raumfahrtbehörden enorme Vorteile.“

Die Community der europäischen Hochenergieastronomie ist hochqualifiziert. Die Mitglieder waren an der Festlegung der wissenschaftlichen Ziele von XRISM beteiligt und wurden von der JAXA beauftragt, viele der kosmischen „Testobjekte“ auszuwählen, die die Mission beobachten wird, um ihre Leistung zu überprüfen, bevor das wissenschaftliche Beobachtungsprogramm beginnt.

Neben diesem wissenschaftlichen Beitrag hat sich die JAXA bei der Lieferung mehrerer Hardwarekomponenten, die für den Erfolg der Mission entscheidend sein werden, auf die Unterstützung Europas verlassen. Die ESA hat ein weltraumerprobtes optisches Teleskop zur Verfügung gestellt, um sicherzustellen, dass XRISM immer weiß, wohin es gerichtet ist, sowie zwei separate Geräte, die zusammen das Magnetfeld der Erde erfassen und die Sonde entsprechend ausrichten.

Europa hat auch zum neuartigen Instrument Resolve von XRISM beigetragen, das die Energie der einfallenden Röntgenphotonen messen wird. Dadurch können die Astronom*innen die Temperatur und die Bewegung von heißem, Röntgenstrahlen emittierendem Gas mit noch nie da gewesener Genauigkeit bestimmen. Resolve ist ein wissenschaftlicher und technologischer Wegbereiter für die künftige ESA-Mission Athena, die ein sehr ähnliches Instrument fliegen wird.

Die Kühlung des Resolve-Detektors – nur ein Bruchteil eines Grades über dem absoluten Nullpunkt – ist von entscheidender Bedeutung; die europäische Industrie hat die „Loop Heat Pipes“ für diese wichtige Aufgabe geliefert. SRON in den Niederlanden lieferte das Sechs-Filter-Rad des Instruments; jeder Filter kann für einen anderen Zweck über das Instrument gelegt werden. Die Universität Genf in der Schweiz entwickelte die Elektronik für das Filterrad.

Verfolgen Sie den Start live
XRISM soll am 28. August 2023 um 02:26 MESZ mit einer H-IIA-Rakete vom Tanegashima Space Center in Japan starten. Verfolgen Sie den Start live auf Japanisch/Englisch über den YouTube-Kanal der JAXA.

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• XRISM und SLIM auf H-IIA F47

Der Beitrag ESA: Die nächste große X-Ray Mission startet bald erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: ELS 2018, ESSC/ESF, ISAS, JAXA.

Am 9. August 2018 wurde die Entscheidung für einen gemeinsamen Start im japanischen Finanzjahr 2021, also ab dem 1. April 2021, auf einer Besprechung des japanischen Wissenschaftsministeriums mitgeteilt. Ein entsprechender Beschluss erfolgte aber bereits 2017. Man verspricht sich von ihm Kostenvorteile, da eine eigene Rakete für SLIM eingespart werden kann. Durch die Entwicklung von XARM verzögern sich andere japanische Raumfahrtprogramme, denen die eingesparten Kosten zu Gute kommen sollen.

Zwischenzeitlich war geplant, den Mondlander SLIM auf einer von IHI gebauten Rakete vom Typ Epsilon zu starten und ihn im Finanzjahr 2018 auf dem Mond aufsetzen zu lassen. Auch ein Start an Bord auf einer Falcon-9-Rakete des US-amerikanischen Herstellers SpaceX war einmal in Erwägung gezogen worden.

SLIM steht für Smart Lander for Investigating Moon. Der Lander hat die besondere Aufgabe, an einer bestimmten Stelle auf dem Mond selbstständig besonders punktgenau aufzusetzen. Dabei beträgte die tolerierte maximale Abweichung vom Zentrum der geplanten Landestelle bei 13,3 Grad südlicher Breite und 25,5 Grad östlicher Länge im Mare Nectaris 100 Meter.

Am Schluss des Endanflugs, der mit autonomer Bilderkennung, Auswertung und Flugweganpassung bei Erkennung eines Hindernisses erfolgen soll, ist ein vertikales Aufsetzen mit anschließendem Umlegen auf eine Seite des Landers geplant. Die Seite des Landers, die bei gelungener Landung in richtiger Lage zum Mondboden zeigt, ist dafür mit fünf Landebeinen ausgestattet. Die gegenüberliegende Seite ist mit Solarzellen bedeckt, um auch auf der Mondoberfläche Sonnenlicht zur Stromerzeugung nutzen zu können.

Auf dem Boden der Landestelle hofft man unter anderem Amphibol-Minerale vom Mantel des Mondes entdecken zu können. Ein entsprechendes Vorkommen bzw. sein Fehlen könnte die Vorstellung von der Entstehung des Mondes verändern. Die aktuell vorherrschende Einschätzung, der Mond sei bei einem Einschlag eines großen Objektes auf der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren entstanden, will man durch den Vergleich von Vorkommen bestimmter Mantelmaterialien des Mondes und der Erde überprüfen.

Die Startmasse von SLIM darf auf Grund der Leistungsreserven der stärkeren Trägerrakete nun ansteigen. Ursprünglich hatte man dem Lander bei einer Gesamtmasse von rund 600 Kilogramm eine Leermasse ohne Betriebsstoffe von rund 130 Kilogramm zugedacht, jetzt ist eine Leermasse im Bereich von 200 Kilogramm möglich.

Anfang 2018 wurden für eine Variante mit einer Leermasse von 120 Kilogramm eine Treibstoffmenge von 520 Kilogramm angegeben. In einer aktuellen Pressemitteilung spricht die japanische Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) von einer Leermasse von rund 200 Kilogramm und einer Gesamtmasse von rund 730 Kilogramm.

Die Triebwerke von SLIM und sein Kamerasystem könnten nun leistungsfähiger ausfallen. Auch das Mitführen eines zusätzlichen autarken robotischen Geräts, das in etwas Entfernung Lander und Landestelle beobachten kann, fand Eingang in die aktuellen Planungen.

XARM ist die Ersatzmission für das nach wenigen Einsatztagen gescheiterte japanische Röntgenteleskop Hitomi alias Astro-H und wird demzufolge auch schon mal als ASTRO-H2 bezeichnet. XARM steht für X-Ray Astronomy Recovery Mission. Ihre aktuelle Bezeichnung lautet mittlerweile X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM).

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• SLIM – Landung in einer eingestürzten Mondhöhle

Der Beitrag Japan: SLIM und XARM starten im Finanzjahr 2021 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: ISAS, JAXA, NASA.

XARM steht für X-Ray Astronomy Recovery Mission und kennzeichnet damit die Fortsetzung der Bestrebungen zum Betrieb eines Röntgenastromiesatelliten unter anderem mit Instrumenten aus Japan und den USA. Das letzte derartige Projekt der japanischen Agentur für Luft- und Raumfahrtforschung (JAXA), das unter maßgeblicher Unterstützung durch die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtagentur (NASA) realisiert wurde, scheiterte nur wenige Wochen nachdem der entsprechende Satellit, Astro-H oder Hitomi genannt, am 17. Februar 2016 in den Weltraum gebracht worden war.

Auf Grund von Schwierigkeiten mit dem Lageregelungssystems von Astro-H und in Folge eines inhaltlich fehlerhaften Datenupdates des Systems geriet das Weltraumteleskop in eine Flugsituation mit einer die Festigkeitsgrenzen der Konstruktion überschreitenden Rotation um die Hochachse. Solarzellenausleger und Anbauten an einem Instrumentenausleger brachen – dafür sprechen Beobachtungen des Raumfahrzeugs mit landgebundenen Teleskopen, Raumfahrer.net berichtete.

Astro-H versagte am 25. März 2016 gegen Ende seiner Inbetriebnahmephase, den sicheren Verlust des Teleskops erklärte die JAXA am 28. April 2016. Nur eine geringe Anzahl wissenschaftlich verwertbarer Aufnahmen entstanden, nachdem das Röntgenspektrometer SXS US-amerikanischer Herkunft an Bord von Astro-H für weiche Röntgenstrahlung ausreichend heruntergekühlt war. Für die Kühlung sorgte ein Kryostat ebenfalls US-amerikanischer Herkunft, dem eine gewisse Menge Helium als Kühlmittel zur Verfügung stand.

Wegen dem unplanmäßigen Verlust von Helium konnte das Beobachtungsprogramm des Vorgängers von Astro-H, Astro-EII alias Suzaku, nur unvollständig absolviert werden. Das ebenfalls in japanisch-US-amerikanischer Kooperation entstandene Röntgenteleskop war am 10. Juli 2005 als Ersatz für das bei einem Startversager am 10. Februar 2000 zerstörte Astro-E ins All gebracht worden.

Im Verlauf der Inbetriebnahmephase von Astro-EII stellte sich heraus, dass Helium in Folge eines Lecks nicht mehr zur Verfügung stand und eine bestimmungsgemäße Nutzung des US-amerikanischen X-ray Spektrometers (XRS) nicht möglich sein würde. Astro-EII wurde am 2. September 2015 endgültig deaktiviert, Raumfahrer.net berichtete.

Für XARM würde die NASA die gleiche Hardware zur Verfügung stellen, wie sie schon für Astro-H im Sinne einer „Recovery of Astro-E2/Suzaku-XRS science“ bereitgestellt worden war. Im Sommer 2016 wurden die Kosten für die Hardware für XARM auf einen Betrag zwischen 70 und 90 Millionen US-Dollar geschätzt, den man ab 2017 verteilt über einen Zeitraum von vier Jahren investieren könnte.

Im Juni 2017 soll im Rahmen eines Reviews verbindlich festgelegt werden, welche Aufgaben die NASA bei diesem Anlauf für ein gemeinsames Röntgenteleskop übernimmt. Innerhalb der NASA befürworten der NASA-Unterausschuss für Astrophysik, der NASA-Wissenschaftsausschuss und der NASA-Beirat das Projekt.

Auf japanischer Seite wurde XARM in das Budget für das Finanzjahr 2017 aufgenommen, das am 1. April 2017 begann. Die JAXA arbeitet derzeit auf einen Start des neuen Röntgenastronomiesatelliten am Ende des Finanzjahres 2020, also im Kalenderjahr 2021, hin.

In seiner Neujahrsansprache vom 4. Januar 2017 wies der Generaldirektor des Instituts für Weltraumwissenschaften und Astronautik (Institute of Space and Astronautical Science, ISAS) der JAXA, Saku Tsuneta, darauf hin, dass man nicht vergessen solle, dass die Unterstützung für XARM durch die Regierung Japans und durch die NASA auf der Annahme basiere, das ISAS werde ihre Prozesse bei der Entwicklung von Raumfahrzeugen und ihrem Betrieb drastischen Reformen unterwerfen.

Für Astrophysiker hat ein im All über einen längeren Zeitraum einsetzbares hoch-empfindliches Teleskop für weiche Röntgenstrahlung eine besondere Bedeutung. Vom Röntgenspektrometer SXS hat man eine rund dreißigfach höhere Empfindlichkeit gegenüber für Beobachtungen im selben Wellenlängenbereich bisher an Bord von Satelliten verwendeten Instrumenten erwartet. Es war für Strahlung im Bereich von 0,3 bis 12 keV geeignet. Als Energieauflösung, die kleinste Energiedifferenz, die das SXS auseinanderhalten könnte, nannte die JAXA <7 eV (volle Halbwertsbreite).

Rund drei Jahre hätte die Primärmission des SXS – begrenzt durch den Heliumvorrat zur Kühlung – an Bord von Astro-H dauern sollen. Den bisherigen und künftigen Beteiligten kann man nur wünschen, dass es ihnen im dann vierten Anlauf gelingt, reichlich Daten zu ihren Fragen zur Entwicklung großräumiger Strukturen im Universum, dem eventuellen Einfluss Dunkler Materie auf diese Entwicklung, der Bildung und Entwicklung Schwarzer Löcher und ihrem Einfluss auf die Entwicklung von Galaxien zu gewinnen.

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• XARM (X-Ray Astronomy Recovery Mission)

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