Wie viele Planeten hat das Sonnensystem für euch? Lange Zeit waren lediglich sechs Planeten bekannt. Im 18. Jahrhundert entdeckte dann William Herschel den siebten Planeten Uranus und das auch eher zufällig. Die etwas seltsame Umlaufbahn des Uranus um die Sonne verriet schließlich, dass da draußen noch ein achter Planet sein musste: Neptun. Und die Frage lautete: Kommt dann noch ein weiterer Planet oder ist nach Neptun endgültig Schluss?

Rund 75 Jahre lang lautete die Antwort auf diese Frage: Da kommt noch ein neunter Planet – Pluto! Zwar war nach dessen Entdeckung schnell klar, dass der nicht so recht zu den anderen Planeten im Sonnensystem passen wollte: Er ist weder ein echter Gesteinsplanet noch ein Gasriese, sondern eher eine winzige Kugel weit draußen im All, die die Sonne auf einer Umlaufbahn umrundet, die aus einigen Gründen äußerst seltsam ist. Schnell kamen Zweifel an Plutos Status als neunter Planet auf. Aber irgendwie hatte man ihn auch liebgewonnen, den einsamen Wanderer jenseits des Neptuns.

In dieser Folge hat Franzi kein Herz für Pluto – zumindest nicht als Planet. Sie erzählt die Geschichte, wie Pluto zunächst als neunter Planet im Sonnensystem gefeiert wurde, nur um schließlich in einer kontroversen Abstimmung im Jahr 2006 zum Zwergplaneten degradiert zu werden – und sie erzählt, was derjenige Astronom entdeckt hat, der auszog, um einen ganz neuen, zehnten Planeten zu entdecken und stattdessen als „Plutokiller“ bekannt wurde.

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Pluto ist eine beliebte Welt. Spätestens seit am 14. Juli 2015 die NASA-Raumsonde New Horizons an dem Zwergplaneten vorbeigerauscht war, flogen ihm die Herzen vieler Menschen zu. Es zeigte sich auch, dass auf seiner Oberfläche selbst ein Herz sitzt, wenn auch ein sehr kaltes. Denn die mittlere Temperatur auf Plutos Oberfläche mit seinem gewaltigen herzförmigen Gletscher aus Stickstoffeis liegt bei gerade einmal minus 229 °C.

Karl taucht in dieser Folge des Podcasts in die Geologie des Plutos ein. Schon lange vor dem Vorbeiflug von New Horizons gab es einige Kenntnisse über die ferne Welt. Doch erst die Daten der Sonde zeigten, wie dynamisch sich der Zwergplanet im Laufe eines 248 Erdjahre langen Sonnenumlaufs verändert. Gleich vier Eissorten spielen dabei eine wesentliche Rolle: Sie gleiten als Gletscher über die Oberfläche, sublimieren in eine dünne Atmsphäre, bilden steile Berghänge oder brechen aus Kryovulkanen als eisige Lava empor.

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Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.

22. Februar 2022 – Der drittgrößte Krater auf dem Zwergplaneten Ceres war viele Millionen Jahre nach seiner Entstehung noch mindestens einmal geologisch aktiv. In einer aktuellen Studie, die heute in der Fachzeitschrift Nature Communications erscheint, legen Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und des National Institute of Science Education and Research (NISER) in Indien die bisher detailreichste Untersuchung des Urvara-Kraters vor. Dafür werteten sie erstmals Kamera-Aufnahmen aus der letzten Phase der NASA-Weltraummission Dawn aus, die geologische Strukturen von nur einigen Metern Größe erkennen lässt. Die Raumsonde Dawn war 2015 in eine Umlaufbahn um den Zwergplaneten eingeschwenkt und hatte ihn etwa dreieinhalb Jahre lang aus der Nähe untersucht.

Zahlreiche große Krater zeigen sich auf der Oberfläche des Zwergplaneten Ceres, der mit einem Durchmesser von etwa 960 Kilometern der größte Körper im Asteroidengürtel ist. Der wohl auffälligste dieser Krater heißt Occator und liegt auf der Nordhalbkugel. Die hellen Flecken in seinem Innern, die sich schon in der Anflugphase deutlich zeigten, entpuppten sich als salzhaltige Überbleibsel einer unterirdischen Sole, die bis in jüngster geologischer Zeit durch kryovulkanische Prozesse an die Oberfläche drangen. In einem anderen großen Krater, genannt Ernutet, finden sich Hinweise auf freiliegende organische Verbindungen und somit auf eine sehr komplexe Chemie. In ihrer jüngsten Veröffentlichung wenden sich die Forscher unter Leitung des MPS nun dem Urvara-Krater zu. Auf der Südhalbkugel gelegen, ist er mit einem Durchmesser von 170 Kilometern der drittgrößte Ceres-Krater. Der Einschlag, durch den er vor etwa 250 Millionen Jahren entstand, dürfte Material aus bis zu 50 Kilometern Tiefe zu Tage gefördert haben.

„Die großen Impaktstrukturen auf Ceres verschaffen uns Zugang zu den tieferliegenden Schichten des Zwergplaneten“, erklärt Dr. Andreas Nathues vom MPS, Erstautor der aktuellen Studie und wissenschaftlicher Leiter des Kamera-Teams von Dawn. „Wie sich zeigt, ist die heutige Topographie und mineralogische Zusammensetzung einiger großer Ceres-Krater das Ergebnis komplexer und langanhaltender geologischer Prozesse, die die Oberfläche des Zwergplaneten verändert haben“, fügt er hinzu.

Um diese Prozesse möglichst genau nachvollziehen zu können, sind hochaufgelöste Aufnahmen und spektroskopische Daten notwendig. Die präzisesten Messdaten des Urvara-Kraters entstanden in der „Verlängerung“ der Dawn-Mission: Nach Ablauf der zunächst auf zwei Jahre ausgelegten Primärmission, reichten die verbleibenden Treibstoffreste, um auf wagemutigeren, stark elliptischen Bahnen die Oberfläche des Zwergplaneten stellenweise in einem Abstand von nur 35 Kilometern zu überfliegen. Mit Hilfe der beiden Dawn Framing Cameras, dem wissenschaftlichen Kamerasystem der Mission, entstanden dabei Aufnahmen, in denen sich Strukturen von einigen Metern Größe erkennen lassen. Das Kamerasystem wurde unter Leitung des MPS entwickelt und gebaut und während der Mission betrieben.

Steilhänge, Senken und helles Material
Die hochaufgelösten Aufnahmen des Urvara-Kraters offenbaren eine geologisch ausgesprochen vielfältige Landschaft. Mehrfach terrassierte Steilhänge umschließen das Einschlagsbecken; als markantestes Merkmal ragt etwas abseits der Kratermitte eine etwa 25 Kilometer lange und 3 Kilometer hohe Bergkette empor. An ihrer südlichen Flanke finden sich schroffe Klippen, ausgedehnte Geröllfelder – und vereinzelt helles Material, das an die berühmten Flecken des Occator-Kraters erinnert. Des Weiteren zeigen die Bilder eine tiefe Senke, Gebiete mit auffallend glatter Oberfläche und solche, die von zahlreichen kleineren, runden Vertiefungen übersät sind.

„Unsere Auswertungen ergeben, dass verschiedene Bereiche des Kraters sehr unterschiedlich alt sind“, so Dr. Nico Schmedemann vom Institut für Planetologie der WWU. „Der Altersunterschied beträgt bis zu 100 Millionen Jahre. Das deutet darauf hin, dass dort Prozesse am Werk waren, die noch lange nach der eigentlichen Entstehung des Kraters gewirkt haben“, fügt er hinzu. Für Untersuchungen dieser Art zählen Forscherinnen und Forscher die kleinen Krater, die jede Oberfläche atmosphäreloser Körper überziehen. Da ältere Oberflächen mehr Zeit hatten, solche Einschläge kleinerer Brocken aus dem Weltall „anzusammeln“, weisen sie mehr Krater auf als jüngere. Bei der genauen Altersbestimmung spielen zudem Modelle von der Stärke des Bombardements zu verschiedenen Zeiten eine Rolle.

Die ursprünglichsten Gebiete im Urvara-Krater sind demnach etwa 250 Millionen Jahre alt. Dieser Zeitpunkt markiert die Entstehung des Kraters selbst. Zu den jüngeren Oberflächen innerhalb des Kraters zählen ausgedehnte glatte, dunkle Gebiete sowie Senktrichter, die wahrscheinlich durch Gasaustritt im Untergrund entstanden sind.

Salze und organische Verbindungen aus der Tiefe
Weitere Hinweise auf die bewegte Vergangenheit des Kraters enthalten die Bilder, die mit Hilfe der Farbfilter des Kamerasystems aufgenommen wurden. Sie erlauben Rückschlüsse darauf, welche Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichtes bestimmte Oberflächen ins All reflektieren – und damit auf ihre mineralogische Zusammensetzung. Wie sich zeigt, handelt es sich bei dem hellen Material um Salze. Daten des Dawn-Spektrometers VIR, das von der italienischen Weltraumagentur ASI zur Mission beigesteuert wurde, deuten zudem darauf hin, dass sich an einem Hang westlich der zentralen Bergkette organische Verbindungen zusammen mit Salzen abgelagert haben. Eine solche Kombination aus markanten Salzablagerungen und organischen Verbindungen wurde zuvor noch nicht beobachtet. Auch die Ablagerungen organischer Verbindungen sind offenbar vergleichsweise jung.

„Die Frage nach dem Ursprung und der Entstehung organischer Stoffe auf Ceres ist nach wie vor offen. Ihre Antwort hat Auswirkungen auf unser Verständnis der gesamten geologischen Geschichte von Ceres und mögliche Verbindungen zu Fragen der Astrobiologie und Habitabilität“, erklärt NISER-Wissenschaftler Dr. Guneshwar Thangjam. „Die organischen Verbindungen, die wir möglicherweise im Urvara-Krater auf der Südhalbkugel gefunden haben, unterschieden sich deutlich von den Gebieten im Ernutet-Krater auf der Nordhalbkugel, die reich an organischen Verbindungen sind“, fügt er hinzu. Und weiter: „Das Team arbeitet an diesen Fragen, indem es sowohl FC- als auch VIR-Spektraldaten auswertet.“

„Insgesamt zeigt sich uns im Urvara-Krater ein ausgesprochen komplexes Bild, das wir noch nicht vollständig verstehen und das Raum für zwei Interpretationen lässt“, fasst Andreas Nathues die Ergebnisse zusammen. So könnte etwa der Einschlag, der den Urvara-Krater formte, Salze aus dem Innern des Zwergplaneten an die Oberfläche befördert haben. Einiges spricht jedoch dafür, dass stattdessen eine salzhaltige Sole im Spiel war, die aus dem Innern nach oben stieg und weitere Prozesse in Gang setzte. Ob die Sole die Oberfläche erreichte oder sich lediglich dicht darunter anreicherte, ist unklar.

Unabhängig von der genauen Interpretation bekräftigen die aktuellen Ergebnisse das Bild des Zwergplaneten, das die Dawn-Mission in den vergangenen Jahren von Ceres gezeichnet hat: ein geologisch aktiver Körper, unter dessen Kruste sich in verschiedenen Tiefen salzhaltige Schichten erstrecken. Diese könnten in Verbindung stehen mit einem früheren, in der Tiefe gelegenen Ozean, der auch organische Verbindungen enthielt. Trotz Ceres‘ gewaltigen Sonnenabstandes und der damit verbundenen Kälte könnte diese Sole dank der gelösten Salze noch heute in großen flüssigen Reservoirs in etwa 40 Kilometern Tiefe überdauern.

Originalveröffentlichung
A. Nathues, M. Hoffmann, N. Schmedemann, R. Sakar, G. Thangjam, K. Mengel, J. Hernandez, H. Hiesinger, J.H. Pasckert:
The Urvara basin on Ceres – brine residues and organics,
Nature Communications, 22. Februar 2022
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28570-8
https://dx.doi.org/10.1038/s41467-022-28570-8

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

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroidengürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres.

Seit dem 23. April umkreiste DAWN ihr Zielobjekt dabei zunächst in einem Abstand von rund 13.600 Kilometern und fertigte im Rahmen dieser als „RC3“ – so die Abkürzung für die der Beobachtung und Kartierung von Ceres dienenden „Rotation Characterization Phase 3“ – bezeichneten Missionsphase mit der Framing Camera – dem unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Kameraexperiment an Bord der Raumsonde – fast 2.000 Aufnahmen an, welche die gesamte Oberfläche des Zwergplaneten abdeckten.

Bereits am 9. Mai 2015 hatte DAWN den zuvor für die RC3-Phase eingenommenen Orbit verlassen und näherte sich der Ceres-Oberfläche weiter an. Am 3. Juni erreichte die Raumsonde dabei schließlich den so genannten „Survey Orbit“, welcher in einer Höhe von nur noch 4.400 Kilometern über der Oberfläche von Ceres verläuft. Drei Tage später begann eine weitere Beobachtungskampagne, in deren Verlauf die Framing Camera die Oberfläche des Zwergplaneten mit einer räumlichen Auflösung von 410 Metern pro Pixel abbilden kann. Bei diesen Fotos handelt es sich um die am höchsten aufgelösten Aufnahmen, welche bisher von Ceres angefertigt wurden. Auf ihnen zeigen sich nicht nur weitere rätselhafte ‚helle Flecken‘, sondern auch ein auf einem ebenen Gelände befindlicher pyramidenförmiger Berg, welcher laut den Schätzungen der an dieser Mission beteiligten Wissenschaftler rund fünf Kilometer in die Höhe ragt.

Die rätselhaften ‚hellen Flecken‘ im Detail
Bereits während der Annäherungsphase an Ceres konnte die Raumsonde mehrfach diverse ‚helle Flecken‘ abbilden (Raumfahrer.net berichtete). Eine eindeutige Erklärung für diese räumlich eng begrenzten und stark reflektierenden Regionen auf der Oberfläche des Zwergplaneten konnte bisher noch nicht gefunden werden. Die derzeitigen Vermutungen gehen jedoch nach wie vor in die Richtung, dass es sich bei diesen auffälligen Strukturen um Ablagerungen von Wassereis handelt, welches sich in einem größeren Umfang unmittelbar unter der Oberfläche des Zwergplaneten befinden könnte und das in diesen speziellen Fällen infolge von – eventuell sogar erst kürzlich erfolgten – Impaktereignissen freigelegt wurde.

Auf Aufnahmen, welche bereits am 9. Juni angefertigt wurden, ist erneut eine markante Gruppierung diverser Flecken erkennbar, welche sich im Inneren eines etwa 92 Kilometer durchmessenden Kraters auf der nördlichen Hemisphäre des Zwergplaneten befinden. Bei der Analyse der entsprechenden Fotos entdeckten die beteiligten Planetologen mindestens acht weitere Flecken, welche zuvor aufgrund der bisherigen geringen Oberflächenauflösung der Ceres-Aufnahmen nicht erkennbar waren. Die neu entdeckten Strukturen befinden sich in der Nähe eines besonders hellen Gebietes im Zentrum des Kraters, welches über einen Durchmesser von rund neun Kilometern verfügt.

Im weiteren Verlauf der Mission wollen die beteiligten Wissenschaftler die Natur dieser Flecken mit Spektralmessungen entschlüsseln. Hierbei werden die beiden anderen Instrumente von DAWN – ein im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitendes Spektrometer (abgekürzt „VIR“) und ein Gamma- und Neutronenspektrometer (abgekürzt „GRAND“) – zum Einsatz kommen.

Ein pyramidenförmiger Berg
Die jüngsten Aufnahmen des Kamerasystems verdeutlichen zudem erneut, dass die Oberfläche des rund 975 x 909 Kilometer durchmessenden Zwergplaneten von einer Vielzahl an Impaktkratern dominiert wird, welche allerdings nicht gleichförmig verteilt sind. Zudem weisen diese Krater unterschiedliche Formen auf. Neben zahlreichen eher kleineren und anscheinend ‚flachen‘ Kratern zeigen die Bilder auch von Kraterwällen umgebene Impaktstrukturen und auffallend viele Krater, in deren Zentrum sich ein Zentralberg befindet.

Neben den besagten hellen Flecken und Impaktkratern zeigen die Aufnahmen der Framing Camera zudem auch erstmals deutlich einen steilen, pyramidenförmigen Berg. Dieser befindet sich auf einem relativ flachen Gelände und überragt das umgebende Terrain um etwa fünf Kilometer.

Des weiteren entdecken die Planetenforscher auf den Ceres-Aufnahmen inzwischen immer mehr Hinweise auf geologische Aktivitäten, welche sich auf der Oberfläche des Zwergplaneten abgespielt haben müssen. Hierzu zählen fließförmige beziehungsweise eingesunkene Strukturen sowie diverse Hangrutschungen. Ceres, so die bisherige Einschätzung der Wissenschaftler, scheint damit deutlich mehr Überbleibsel einer früheren oder gar einer erst vor Kurzem erfolgten Aktivität zu zeigen als der Asteroid (4) Vesta, den die Raumsonde DAWN vom Juli 2011 bis zum August 2012 erkundete.

„Die doch beachtliche Anzahl an hellen Ablagerungen lassen vermuten, dass auf Ceres frisches Material an die Oberfläche gelangt. Auch der sehr steile Berg ist ein Beleg für besondere Aktivitäten in der Kruste“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der Mission. „Ceres scheint durch viel komplexere geologische Prozesse geprägt worden zu sein als bisher vermutet.“

DAWN wird noch bis zum 30. Juni 2015 in dem derzeitigen Beobachtungsorbit verbleiben und Ceres dabei auf einer über dessen beide Pole verlaufenden Umlaufbahn alle drei Tage in einer Entfernung von etwa 4.400 Kilometern umrunden. Anschließend wird die Raumsonde diesen Orbit verlassen und sich der Oberfläche bis zum 4. August 2015 bis auf 1.450 Kilometer Entfernung nähern.

Aus diesem „High Altitude Mapping Orbit“ (kurz „HAMO“) heraus wird es dann möglich sein, Oberflächenaufnahmen mit einer Auflösung von 140 Metern pro Pixel anzufertigen. Der HAMO ist dabei besonders für die weitere Optimierung eines dreidimensionalen Geländemodells der Ceres-Oberfläche von Bedeutung mit dem alle geologischen Formationen auf der Oberfläche des Zwergplaneten erkennbar 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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NASA Press-Kit:

• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, Hubble Space Telescope, ESA, Nature. Vertont von Peter Rittinger.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner Monde. Erst kürzlich war die LORRI-Kamera der Raumsonde in der Lage, erstmals alle fünf bisher bekannten Monde des Pluto abzubilden (Raumfahrer.net berichtete).

Diese Aufnahmen wurden und werden aktuell immer noch in erster Linie erstellt, um die exakte Flugbahn der Raumsonde zu bestimmen und zu ermitteln, ob für die erfolgreiche Durchführung des für den 14. Juli 2015 vorgesehenen Vorbeifluges am Pluto ein weiteres Kurskorrekturmanöver notwendig ist.

Zugleich dienen diese Aufnahmen jedoch auch der Suche nach weiteren, bisher unentdeckten Monden und der Klärung der Frage, ob dieser Zwergplanet eventuell von einem Ringsystem umgeben ist, denn nicht nur die Gasplaneten unseres Sonnensystems, sondern auch verhältnismäßig kleine planetare Objekte können offensichtlich von solchen aus Staubpartikeln und Eiskristallen bestehenden Ringen umgeben sein (Raumfahrer.net berichtete). Sollte dies auch bei Pluto der Fall sein, so könnte dies eine ernsthafte Gefahr während der Durchführung des Pluto-FlyBys darstellen. Eine auf die eventuelle Existenz eines solchen Ringsystems im Bereich des Pluto bezogene Studie wurde zum Beispiel im Jahr 2014 von P. M. Pires dos Santos et al. veröffentlicht.

Zugleich können durch die Auswertung solcher Aufnahmen jedoch auch die Bahnparameter der bisher bekannten Monde des Pluto eingegrenzt und weiter verfeinert werden. Hierfür greifen die an der Mission beteiligten Wissenschaftler allerdings auch auf Daten zurück, welche in der Vergangenheit im Rahmen von entsprechenden Beobachtungskampagnen mit dem Weltraumteleskop Hubble gewonnen wurden.

Der 2.310 Kilometer durchmessende Zwergplanet Pluto umkreist zusammen mit seinem größten Begleiter, dem etwa 1.212 Kilometer großen Mond Charon, ein gemeinsames Massezentrum, welches sich mehr als 1.000 Kilometer außerhalb des Masseschwerpunktes des Pluto befindet. Zusätzlich bewegen sich um dieses gemeinsame Baryzentrum zudem die vier weiteren bisher bekannten, allerdings deutlich kleineren und somit auch masseärmeren Plutomonde Styx, Nix, Kerberos und Hydra.

Bahnresonanzen
Die sich dabei ergebenden Umlaufzeiten, Rotationsperioden und Bahnresonanzen der somit sechs innerhalb des Pluto-Systems befindlichen Objekte wurde jetzt von Mark R. Showalter vom SETI-Institut in Mountain View im US-Bundesstaat Kalifornien und von Douglas P. Hamilton von der Universität Maryland/USA eingehender analysiert. Dabei stellten die beiden Wissenschaftler unter der Verwendung von Daten, welche bereits in den Jahren 2005 bis 2012 mit dem Hubble Space Telescope gewonnen wurden, fest, dass sich die Monde Styx, Nix und Hydra in einem Resonanzverhältnis zu Pluto bewegen und diesen in dementsprechenden Zeitabläufen umkreisen.

Der Zwergplanet Pluto benötigt für eine vollständige Drehung um seine Rotatiosachse etwa sechs Tage, neun Stunden und 17 Minuten. Um den Pluto einmal vollständig zu umrunden benötigen die erwähnten Monde dagegen eine Zeitspanne, welche ziemlich genau dem Dreifachen, dem Vierfachen beziehungsweise dem Fünffachen dieses Werts entspricht. Allerdings, so die Wissenschaftler, ist das Schwerefeld des Pluto-Charon-Systems letztendlich auch dafür verantwortlich, dass sich für diese kleineren Monde auch ein Orbitverlauf ergibt, welcher mehr oder weniger ‚chaotisch‘ verläuft.

Keine gebundene Rotation
Bisher gingen die Wissenschaftler allgemein davon aus, dass die kleineren Monde des Pluto eine sogenannte gebundene Rotation aufweisen. Wie im Fall des Erdmondes sollten sie dem Zwergplaneten somit bei dessen Umkreisung immer die gleiche Seite der Oberfläche zuwenden.

Bei der Auswertung der Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zeigte sich jedoch, dass die vier kleineren Monde des Pluto sich nicht exakt in der Äquatorebene des Pluto-Charon-Systems bewegen, sondern dass deren Umlaufbahnen vielmehr minimal – es handelt sich hierbei um weniger als etwa ein Grad – gegen diese geneigt sind. In Kombination mit den leicht elliptisch verlaufenden Umlaufbahnen dieser Monde ergeben sich dadurch bedingt jedoch speziell für Nix und Hydra offensichtlich auch signifikante Auswirkungen auf den Verlauf der Umlaufbahnen und auf das jeweilige Rotationsverhalten.

Die im Rahmen der Beobachtungen gewonnenen Helligkeitskurven von Nix und Hydra deuten darauf hin, dass sich diese beiden Monde – bedingt durch das dominierende Schwerkraftfeld der beiden Hauptkörper Pluto und Charon – in einer Art chaotischer ‚Pendelbewegung‘ befinden und dem Pluto deshalb keineswegs immer die gleiche Hemisphäre präsentieren.

„Pluto und Charon umkreisen einander mit großer Geschwindigkeit und verursachen so sich ständig verändernde gravitative Anziehungskräfte, welche auch auf die kleineren Monde in der Nähe einwirken“, so Douglas P. Hamilton. „Diese sich ständig verändernden Gravitationskräfte machen die Bewegungen dieser Plutomonde unvorhersagbar. Das chaotische Rotationsverhalten wird dabei noch durch die Tatsache verstärkt, dass diese Monde nicht kugelförmig geformt sind, sondern von ihrer Gestalt her eher an Rugbybälle erinnern.“

„Vor der Auswertung der Hubble-Daten hat niemand mit einer derartig komplizierten Dynamik innerhalb des Plutosystems gerechnet“, so Mark R. Showalter. Sehr wahrscheinlich zeigen auch die Monde Kerberos und Styx ein ganz ähnliches chaotisches Bahnverhalten. Diese Vermutung ließ sich aber mit den bisherigen Beobachtungsdaten noch nicht bestätigen, weshalb in Zukunft weitere Untersuchungen bezüglich der Bahndynamiken erfolgen sollen. Neben weiteren Aufnahmen des Hubble Space Telescope und den in Kürze zu gewinnenden Daten der Raumsonde New Horizons setzen die Wissenschaftler hierbei auch auf das zukünftige James Webb Space Telescope.
Die Bewegung der kleineren Monde im Pluto-Charon-System könnte den Wissenschaftlern auch entscheidende Hinweise darauf geben, wie sich Exoplaneten bewegen, welche Bestandteil eines physischen Doppel- oder Mehrfachsternsystems sind. Chaotische Bewegungen, wie sie jetzt von Nix und Hydra registriert wurden, könnten bei Planeten in Doppelsternsystemen weit verbreitet sein und eventuell Einflüsse auf die dortige Wahrscheinlichkeit einer Entwicklung von Leben haben, so Douglas P. Hamilton.

Kerberos verfügt über eine ungewöhnlich dunkle Oberfläche
Bei der Auswertung der Hubble-Daten fiel den Wissenschaftlern zudem auf, dass der Mond Kerberos über eine Oberflächenfärbung verfügt, welche deutlich dunkler ausfällt als die Farbe der anderen Mondoberflächen. Die Oberflächen der Monde Styx, Nix und Hydra reflektieren laut dieser Studie in etwa 40 Prozent des auf sie einfallenden Sonnenlichtes zurück in das Weltall und weisen somit eine ähnlich hohe Albedo wie der Mond Charon auf.

Kerberos reflektiert dagegen lediglich etwa fünf Prozent des einfallenden Lichts. Dies deutet zur Überraschung der Planetologen auf eine abweichende chemische und mineralogische Zusammensetzung der Oberfläche von Kerberos hin. Eigentlich wurde erwartet, dass alle Monde des Pluto mit einer gleichmäßig zusammengesetzten Regolithschicht überzogen sind, welche sich im Laufe der Jahrmilliarden durch regelmäßig erfolgende Einschläge von Meteoriten und Kometenteilchen bildete. Bei Kerberos scheinen jedoch vermehrt kohlenstoffhaltige Materialien die Oberfläche zu bedecken.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse wurden am 3. Juni 2015 von Mark R. Showalter und Douglas P. Hamilton unter dem Titel „Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons“ in der Fachzeitschrift Nature publiziert.

Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 47,8 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,8 Kilometern pro Sekunde an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Fachartikel von Mark R. Showalter und Douglas P. Hamilton:

• Resonant interactions and chaotic rotation of Pluto’s small moons

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: DLR, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, JPL, The Planetary Society.

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres. In den auf diesen erfolgreichen Eintritt in das Gravitationsfeld von Ceres folgenden Wochen war es der Raumsonde jedoch zunächst nicht möglich, weitere Fotos von ihrem Forschungsziel anzufertigen. Da sich DAWN ihrem Ziel von dessen sonnenabgewandten Seite her näherte, lag der Zwergplanet aus der Sicht der Raumsonde zunächst im Dunkeln. Bereits die letzte Aufnahme der Raumsonde vor dieser Ankunft, welche bereits am 2. März 2015 entstand, zeigte Ceres nur noch als eine schmale Sichel.

Im April hat sich die Raumsonde dem Zwergplaneten jedoch immer weiter genähert und dabei schließlich auch eine Position erreicht, aus der sich der Framing Camera, der unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickelten und betriebenen Kamera der Raumsonde, wieder ein lohnender Blick auf Ceres bot (Raumfahrer.net berichtete).

Seit dem 23. April 2015 umkreiste die Raumsonde DAWN ihr Zielobjekt dabei in einem Abstand von nur noch 13.600 Kilometern und fertigte im Rahmen dieser als „RC3“ – so die Abkürzung für die der Beobachtung und Kartierung von Ceres dienenden „Rotation Characterization Phase 3“ – bezeichneten Missionsphase fast 2.000 Aufnahmen an, welche die gesamte Oberfläche des Zwergplaneten abdeckten. Für präzise wissenschaftliche Erkenntnisse reicht die dabei erlangte Auflösung von etwa 1,3 Kilometern pro Pixel allerdings noch nicht aus. Mit diesen Aufnahmen wollen die an der DAWN-Mission beteiligten Wissenschaftler deshalb in erster Linie zunächst auch lediglich die Rotationszeit und die Ausrichtung der Rotationsachse des Zwergplaneten im Detail bestimmen und eine erste, noch grobe Kartierung durchführen.
„Das sind wichtige Informationen, die wir für unsere exakte Kartierung von Ceres benötigen“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der Mission. Anhand dieser Daten soll zudem die genaue Flugbahn bestimmt werden, welche DAWN in Zukunft einnehmen wird.

„Aus diesen Daten berechnen wir [zudem] das erste dreidimensionale Geländemodell von Ceres, das im Laufe der Mission mit immer besserer Auflösung verfeinert und optimiert wird“, so Prof. Jaumann weiter. Eine erste Version dieses 3D-Modells, dessen Erstellung aufgrund der aufwendigen Verarbeitung der verfügbaren Daten viel Zeit und zudem große Computerkapazitäten erfordert, soll voraussichtlich bereits Ende Mai 2015 vorliegen.

Bereits zum jetzigen Zeitpunkt zeigen sich auf den bisher angefertigten Aufnahmen der Ceres-Oberfläche jedoch diverse Strukturen wie hohe Aufwölbungen, ungewöhnliche Kraterformen, verschiedene ‚helle Flecken‘ und erstaunlich flache Ebenen, welche in Zukunft wohl für diverse Diskussionen unter den Wissenschaftlern sorgen werden. Die hohe Anzahl an Impaktkratern weist dabei auf ein hohes Alter der Oberfläche hin. Allerdings verteilen sich die Krater nicht gleichmäßig über die Ceres-Oberfläche. Flache Regionen mit nur verhältnismäßig wenigen Kratern sind Hinweise darauf, dass in diesen Bereichen die Oberfläche des Zwergplaneten eventuell durch innere geologische Aktivitäten erneuert wurde.

Das Rätsel der ‚Weißen Flecken‘ auf der Ceres-Oberfläche
Diese Aufnahmen zeigen auch zum wiederholten Mal verschiedene ‚helle Flecken‘ auf der Oberfläche des Zwergplaneten. Bereits in der Anflugphase an Ceres zeichneten sich auf den Kameraaufnahmen speziell zwei helle Flecken auf der nördlichen Hemisphäre des Zwergplaneten besonders deutlich ab. Mit jeder neuen der durch die Framing Camera angefertigten Aufnahmen ließen sich diese Strukturen dabei immer besser erkennen, ohne dass jedoch deren Natur entschlüsselt werden konnte. Seit dem Februar ist jedoch zumindestens klar, dass sich diese Flecken im Zentrum eines etwa 92 Kilometer durchmessenden Kraters befinden.

Die jüngsten Aufnahmen der Raumsonde DAWN, welche eine zuvor nicht erreichte Detailgenauigkeit erreichten, enthüllen nun erstmals auch die genauere Form dieser hellen Bereiche. Die ‚Weißen Flecken‘ sind jetzt in eine Reihe von kleineren Einzelflecken aufgelöst, von denen die meisten einen Durchmesser von weniger als 1,3 Kilometern aufweisen. Diese Bereiche sind somit deutlich feiner strukturiert als bisher angenommen wurde.
„Endlich genau zu sehen, wo die hellen Flecken inmitten des Kraters verteilt sind, ist für uns sehr wichtig. Es kann uns helfen zu verstehen, wie diese Gebiete entstanden sind“, so Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, der wissenschaftliche Leiter des Framing-Camera-Expriments.

Die derzeitigen Vermutungen gehen nach wie vor in die Richtung, dass es sich bei diesen Flecken um Ablagerungen von Wassereis handelt, welches sich in einem größeren Umfang unter der Oberfläche des Zwergplaneten befinden könnte und das in diesem speziellen Fall infolge eines – eventuell erst kürzlich erfolgten – Impaktereignisses freigelegt wurde.

„Schon jetzt spricht einiges für dieses Szenario – etwa die charakteristische Helligkeit dieser Bereiche“, so Dr. Nathues. „Gewissheit haben wir aber noch nicht. Es könnte sich prinzipiell auch um ein sehr helles Salzmineral handeln.“ Auch in den kommenden Wochen werden die an der Mission beteiligten Wissenschaftler diese Bereiche der Ceres-Oberfläche deshalb besonders genau untersuchen. Aufschluss erhoffen sie sich dabei neben weiteren Kameraaufnahmen auch von den Daten eines im visuellen und im infraroten Spektralbereich arbeitenden Spektrometers namens „VIR“.

„Die [bisherigen] Aufnahmen sind zwar sehr gut, aber zurzeit können wir über vieles nur spekulieren. Ceres lässt sich nicht so einfach verstehen“, so Prof. Jaumann.

Der nächste Orbitverlauf – Nur noch 4.400 Kilometer über der Oberfläche
Für die Entschlüsselung der Geheimnisse des Zwergplaneten benötigen die Wissenschaftler noch höher aufgelöste Bilder und weitere Daten aus kürzeren Entfernungen – und diese sollen sie auch bereits in Kürze erhalten. Am 9. Mai 2015 hat die Raumsonde DAWN den zuvor eingenommenen Orbit für die RC3-Phase verlassen und nähert sich jetzt der Ceres-Oberfläche weiter an. Bereits am 6. Juni 2015 soll die Raumsonde dabei eine Umlaufbahn erreichen, auf der Ceres bis zum 30. Juni auf einer über die beiden Pole verlaufenden Umlaufbahn alle drei Tage in einer Entfernung von etwa 4.400 Kilometern umkreist werden wird.

Aus dieser Entfernung werden die Aufnahmen der Framing Camera eine Auflösung von etwa 400 Metern pro Pixel erreichen. Anschließend beginnt am 4. August 2015 der so genannte „High Altitude Mapping Orbit“ (kurz „HAMO“), bei dem die Framing Camera aus dann nur noch 1.470 Kilometern Entfernung auf Ceres blicken wird.

„Dieser Orbit ist für die Optimierung unseres dreidimensionalen Geländemodells besonders wichtig, denn man erkennt alle geologischen Formationen auf der Oberfläche des Zwergplaneten“, betont Prof. Jaumann die Bedeutung der dabei vorgesehenen Untersuchungen. Im abschließenden „Low Altitude Mapping Orbit“ (kurz „LAMO“) wird dann in erster Linie der Gammastrahlen- und Neutronendetektor GRAND an Bord der Raumsonde aus einer Entfernung von nur noch 375 Kilometern Daten sammeln, mit denen die chemische Zusammensetzung von Ceres analysiert werden soll.

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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Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

Der Beitrag Ceres: DAWN hat die erste Erkundungsphase beendet erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Bereits am 6. März 2015 erreichte die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres (Raumfahrer.net berichtete). Seit diesem erfolgreichen Eintritt in das Gravitationsfeld von Ceres war es der Raumsonde jedoch zunächst nicht möglich, weitere Fotos von ihrem Forschungsziel anzufertigen. Da sich DAWN ihrem Ziel von dessen sonnenabgewandten Seite her annäherte, lag der Zwergplanet aus der Sicht der Raumsonde über mehrere Wochen hinweg im Dunkeln. Bereits die letzte Aufnahme der Raumsonde, welche noch vor der ‚Ankunft‘ bereits am 2. März 2015 entstand, zeigte Ceres nur noch als eine schmale Sichel.

„Dennoch haben wir die Zeit genutzt“, so Dr. Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der wissenschaftlicher Leiter des aus zwei identischen Optiken bestehenden Framing Camera-Experiments an Bord von DAWN. „Die Daten aus der Anflugphase auf Ceres enthalten bereits wertvolle Informationen, die wir nun weiter ausgewertet haben.“

Deshalb haben sich die Wissenschaftler des MPS in den vergangenen Wochen in erster Linie den Aufnahmen zugewandt, welche zuvor mit Hilfe der sieben Farbfilter des Kamerasystems angefertigt wurden. Diese Aufnahmen erlauben es, einzelne Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts, welches Ceres in das Weltall reflektiert, gesondert zu betrachten. Auf diese Weise werden Unterschiede in der Zusammensetzung der Oberfläche deutlich, welche sich mit dem bloßen Auge nicht erkennen lassen. Aus diesen Daten erzeugten die beteiligten Wissenschaftler Falschfarbenkarten der Ceres-Oberfläche.

Diese Karten zeigen, dass sich die Oberflächenzusammensetzung des Zwergplaneten Ceres deutlich abwechslungsreicher gestaltet als das bloße Auge erkennen lässt. Welche Stoffe sich im reflektierten Licht bemerkbar machen, konnte bisher allerdings noch nicht geklärt werden. Die Karten verdeutlichen jedoch eindrucksvoll, dass sich die Oberfläche des Zwergplaneten offenbar aus verschiedenen Materialien zusammensetzt. Die Oberfläche besteht zwar überwiegend aus kohlenstoffreichen Materialen – die exakte Zusammensetzung variiert dabei jedoch regional. Dies deutet darauf hin, dass sich die Oberfläche von Ceres im Verlauf der vergangenen 4,6 Milliarden Jahre immer wieder verändert haben muss.

„Ceres war nicht bloß ein toter Brocken. Er war aktiv und die entsprechenden Prozesse führten dazu, dass heute verschiedene Materialien auf verschiedene Regionen verteilt sind“, so Christopher Russell von der University of California in Los Angeles, der wissenschaftlicher Leiter der DAWN-Mission.
„Ceres offenbart immer mehr, dass wir einen spannenden und vielfältigen Himmelskörper untersuchen“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der Mitarbeiter des Kamerateams der Mission. Für ihre weiteren Analysen benötigen die Wissenschaftler jedoch weiter Aufnahmen.

Neue Fotos von Ceres
In den vergangenen Wochen hat sich die Raumsonde DAWN dem Zwergplaneten immer weiter genähert und dabei schließlich auch eine Position erreicht, aus der sich der Framing Camera wieder ein lohnender Blick auf Ceres bot. Am 10. April konnte die Framing Camera wissenschaftlich relevante Aufnahmen anfertigen, welche aus einer Entfernung von rund 33.000 Kilometern auch erstmals die Nordpolregion von Ceres zeigten. Bis zum 23. April wird sich DAWN der Oberfläche von Ceres bis auf eine Distanz von dann nur noch 13.500 Kilometern nähern. Aus dieser Höhe heraus beginnt eine weitere wissenschaftliche Beobachtungs- und Kartierungsphase (bezeichnet als „RC3“ – kurz für „Rotation Characterization 3“). Bis zum 9. Mai sollen dabei rund 2.500 weitere Aufnahmen angefertigt werden, welche über eine Auflösung von etwa 1,3 Kilometern pro Pixel verfügen.

Das Rätsel der ‚Weißen Flecken‘
Aber bereits auf den während der letzten Tage angefertigten Aufnahmen, welche übrigens erstmals einen senkrechten Blick auf die Nordpolregion von Ceres ermöglichten, sind erneut mehrere der ungewöhnlichen Flecken zu erkennen, die sich deutlich von ihrer dunkleren Umgebung abheben. Zwei dieser Strukturen befinden sich in einem etwa 92 Kilometer durchmessenden Krater. Die Entdeckung dieser ‚weißen Flecken‘ auf Ceres stellte für die Planetologen eine kleine Sensation dar, denn bisher wurden vergleichbare Strukturen auf keinem anderen Himmelskörper unseres Sonnensystems beobachtet.

„Seit wir diese ausgesprochen hellen Flecken beobachten, haben sie sich nicht verändert“, so Prof. Jaumann. „Ihre Herkunft ist ein Rätsel. Bisher können wir über ihre Struktur oder Zusammensetzung noch nichts sagen. Eigentlich sind es zurzeit noch eher helle Punkte, die kleiner als vier Kilometer sein müssen.“ Erste Vermutungen der Wissenschaftler gehen dahin, dass es sich hierbei um direkt auf der Oberfläche befindliche Ablagerungen von Wassereis handeln könnte. Aber auch ein kryovulkanischer Ursprung wird für denkbar gehalten. Noch ist die Raumsonde DAWN zu weit entfernt, um die Form dieser Strukturen im Detail aufzulösen.

Allerdings konnte ein weiteres der insgesamt drei wissenschaftlichen Instrumente der Raumsonde – das im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitende „Visible and Infrared Mapping Spectrometer“ (kurz „VIR“) – bereits im Februar 2015 aus einer damaligen Entfernung von etwa 46.000 Kilometern zu Ceres erste Informationen zu den Temperaturen liefern, welche im Bereich dieser Flecke auf der Oberfläche von Ceres vorherrschen.

Einer der Flecken, von den Wissenschaftlern als „Spot 1“ bezeichnet, stellte sich dabei als ausgesprochen ‚kalt‘ heraus. Im Bereich des infraroten Lichts hebt es sich dunkel von seiner Umgebung ab und muss somit deutlich kälter als das umgebende Terrain sein. Während die Umgebung von dunklem Regolith-Staub bedeckt zu sein scheint, so eine Interpretation, könnte es sich bei dem Fleck um direkt an der Oberfläche abgelagertes Eis handeln. Die beiden eng beieinander liegenden Flecken im Inneren eines Kraters – bezeichnet als „Spot 5“ – verfügen dagegen in etwa über die gleiche Temperatur wie ihre Umgebung.

Durch die bis zum 9. Mai durchzuführenden Untersuchungen werden sich den Wissenschaftlern weitere Möglichkeiten für die Analyse dieser Flecken ergeben. Vielleicht, so Prof. Jaumann, lässt sich dann schon Genaueres zu der Natur dieser ungewöhnlichen weißen Flecken sagen.

Anschließend wird sich die Raumsonde DAWN der Oberfläche von Ceres noch weiter nähern. Aus einer Entfernung von 4.400 Kilometern soll dann ab dem 6. Juni über mehrere Wochen hinweg die Oberfläche von Ceres zunächst mit einer Auflösung von etwa 400 Metern pro Pixel abgebildet werden. Nach dem Abschluss dieser „Survey Phase“ wird sich DAWN der Oberfläche des Zwergplaneten nach dem derzeitigen Planungsstand bis zum 15. Dezember 2015 schrittweise auf bis zu 375 Kilometer nähern.

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

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren, in denen eine Distanz von rund fünf Milliarden Kilometern zurückgelegt wurde, immer weiter dem eigentlichen Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei die wissenschaftliche Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner bisher fünf bekannten Monde. Neben der LORRI-Kamera, welche in regelmäßigen Abständen Aufnahmen des Pluto anfertigen wird, erfolgen dabei gegenwärtig auch Messungen und Analysen der interplanetaren Staubpartikel, der energiereichen Teilchen in dieser Region des Sonnensystems sowie des Sonnenwindes (Raumfahrer.net berichtete).

Aktuelle Auswertungen der Flugbahn hatten bereits im Februar 2015 ergeben, dass New Horizons den vorgesehenen Rendezvouspunkt mit dem Zwergplaneten bei einer Fortsetzung der damaligen Flugbahn um etwa 3.500 Kilometer ‚verfehlen‘ und zudem etwa 14 Minuten und 30 Sekunden zu früh erreichen würde. Um diese Werte auszugleichen wurden am 8. März Kommandos für ein minimales Kurskorrekturmanöver an die Raumsonde übermittelt, welches zwei Tage später ausgeführt wurde. Am 10. März wurden die Triebwerke von New Horizons um 10:15 MEZ für einen Zeitraum von 93 Sekunden aktiviert. Im Rahmen dieses Manövers wurde der Kurs der Raumsonde minimal verändert und neu auf den Rendezvouspunkt mit dem Zwergplaneten ausgerichtet. Zugleich wurde dabei auch die Geschwindigkeit von New Horizons um einen Wert von 1,14 Metern pro Sekunde reduziert.

Noch am gleichen Tag von der Raumsonde an ihr Kontrollzentrum am Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland übermittelte Telemetriedaten zeigten, dass das Manöver wie vorgesehen abgelaufen war. New Horizons befindet sich laut diesen Daten in einem guten Allgemeinzustand und ist auf Kurs.

Mit diesem Manöver stellte New Horizons zugleich auch einen neuen Rekord für ein in den Tiefen unseres Sonnensystems durchgeführtes Kurskorrekturmanöver auf. Zum Zeitpunkt des Manövers befand sich die Raumsonde in einer Entfernung von etwa 4,77 Milliarden Kilometern zur Sonne. Der bisherige Rekordhalter für ein solches ‚DeepSpace‘-Kurskorrekturmanöver war die ebenfalls von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde Voyager 2. Diese führte ihr letztes Kurskorrekturmanöver bereits im August 1989 im Bereich des Planeten Neptun durch. Dabei befand sich Voyager 2 in einer Entfernung von ‚lediglich‘ etwa 4,5 Milliarden Kilometern zur Sonne.

Noch weniger als eine Astronomische Einheit bis zum Pluto
Nur 12 Stunden und fünf Minuten nach dem Beginn dieses somit auch ‚historischen‘ Kurskorrekturmanövers passierte die Raumsonde zudem den letzten großen Meilenstein auf ihrem Weg zum Pluto. Am 10. März 2015 um 22:20 MEZ betrug die Entfernung zwischen New Horizons und ihrem Zielobjekt nur noch 149,6 Millionen Kilometer, was einer Astronomischen Einheit (abgekürzt „AE“) entspricht. Mit einer AE wird in der Astronomie die mittlere Entfernung zwischen der Erde und der Sonne beschrieben.

Derzeit befindet sich New Horizons in einer Entfernung von noch etwa 0,96 Astronomischen Einheiten – dies entspricht in etwa 143,6 Millionen Kilometern – zum Pluto und nähert sich dem Zwergplaneten dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von etwa 52.500 Kilometern pro Stunde weiter an. Die Entfernung zur Erde beträgt dagegen aktuell 32,25 AEs – die Entfernung zur Sonne liegt bei 31,9 AEs.

„Diese Mission ist ein wirklich erstaunliches Projekt, welches in die Geschichtsbücher des 21. Jahrhunderts eingehen wird“, so Dr. Alan Stern vom Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder im US-Bundesstaat Colorado.

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

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN hat am heutigen Tag ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten Ceres – erreicht. Um 13:39 MEZ wurde DAWN von dem Schwerefeld des Zwergplaneten ‚eingefangen‘. Die Signale, welche den Orbiteintritt bestätigten, wurden um 14:36 MEZ von der 70-Meter-Antenne des Deep Space Network in Goldstone/USA empfangen. Die Auswertung der dabei ebenfalls übertragenen Telemetriedaten ergab, dass sich die Raumsonde in einem guten Zustand befindet und dass das Ionentriebwerk wie vorgesehen arbeitet.

DAWN ist damit die erste Raumsonde in der Geschichte der Menschheit, welche nacheinander in eine Umlaufbahn um zwei verschiedene planetare Körper eingetreten ist. Bereits am 16. Juli 2011 hatte DAWN den ebenfalls im Asteroidengürtel gelegenen Asteroiden (4) Vesta erreicht und diesen rund 13 Monate lang umrundet und untersucht. Zugleich ist DAWN auch überhaupt die erste Raumsonde, welche einen Zwergplaneten aus nächster Nähe erkunden wird.

Damit DAWN durch die Anziehungskraft von Ceres in einen Orbit gezogen werden konnte, bremsten die Ionentriebwerke die Raumsonde in 61.000 Kilometern Entfernung von dem Zwergplaneten ab. In den kommenden Wochen wird sich DAWN ihrem Ziel noch weiter annähern und anschließend über einen Zeitraum von voraussichtlich 16 Monaten intensiv mit den drei mitgeführten wissenschaftlichen Instrumenten untersuchen. Neben einem im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitenden Spektrometer (abgekürzt „VIR“) und einem Gamma- und Neutronenspektrometer („GRAND“) wird dabei auch ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickeltes und betriebenes Kamerasystem, die aus zwei identischen Optiken bestehende Framing Camera, zum Einsatz kommen.

Dabei wollen die an dem Kameraexperiment beteiligten Wissenschaftler mindestens 10.000 Aufnahmen, welche zum Teil Strukturen von nur 40 Metern Größe sichtbar machen sollen, anfertigen. Zu den Zielen der Mission gehört es, die Oberfläche des Zwergplaneten genau zu kartographieren. Unter anderem sollen dabei auch Farbkarten von Ceres erstellt werden. Zu diesem Zweck ist die Framing Camera mit sieben Farbfiltern ausgestattet. Diese Filter ermöglichen es, bestimmte Wellenlängenbereiche aus dem Licht, welches der Zwergplanet in das All reflektiert und die charakteristische Fingerabdrücke bestimmter Mineralien enthalten, herauszufiltern. Die Forscher können so unter anderem auch die mineralogische Zusammensetzung der Ceres-Oberfläche bestimmen.

„Viele dieser mineralogischen Unterschiede sind mit dem bloßen Auge nicht zu sehen“, so Dr. Andreas Nathues vom MPS, der wissenschaftliche Leiter des Kamerateams. „Die Farbkarten erzählen deshalb Ceres‘ wahre Geschichte und enthalten Informationen über ihre Entstehung und Evolution, die in rein topographischen Karten nicht enthalten sind.“

Im Fall des Asteroiden (4) Vesta, des ersten Ziels der Raumsonde DAWN, konnten solche mineralogischen Untersuchungen beispielsweise dabei helfen, die innere Struktur des Asteroiden zu ermitteln. Die Farbkarten haben gezeigt, dass das dort vorhandene Mineral Olivin – ein typischer Bestandteil des inneren Gesteinsmantels von terrestrischen Planeten – auf Vesta allein in der Nähe kleinerer Impaktkrater auftritt und somit von außen eingetragen wurde. Es entstammt also nicht Vestas eigenem Mantel. Dieser muss somit unter einer mindestens 30 bis 80 Kilometer dicken Gesteinskruste liegen, was deutlich tiefer ist als zuvor angenommen wurde.

Für den Zwergplaneten Ceres erwarten die Planetologen schwächere Farbkontraste als bei Vesta. Dennoch sollte es mit Hilfe der anzufertigenden Farbkarten auch gelingen dem Eis, welches unter der Oberfläche von Ceres vermutet wird, auf die Spur zu kommen. Auf die nächsten Aufnahmen von Ceres wird das Kamera-Team allerdings noch mehrere Wochen warten müssen. Da DAWN von der sonnenabgewandten Seite in eine Umlaufbahn um Ceres eingetreten ist, blickt das Kamerasystem derzeit auf die Seite des Zwergplaneten, welche im Dunkel liegt. Bereits die letzte Aufnahme, welche vor der heutigen Ankunft bereits am 2. März 2015 entstand, präsentierte sich Ceres nur noch als schmale Sichel. Die nächsten Bilder der Framing Camera sollen erst am 10. April aus einer Entfernung von dann 33.000 Kilometern angefertigt werden.

Ein weiterer Grund dafür, dass die am heutigen Tag erfolgte ‚historische Ankunft‘ nicht fotografisch dokumentiert wurde, war dagegen rein technischer Natur. „Die insgesamt fast 20 Meter langen Solarpaneele mussten bei diesem Manöver zur Sonne ausgerichtet sein, und daher blickte die Kamera auch nicht in Richtung Ceres“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der an der DAWN-Mission beteiligten Wissenschaftler.
„Wir haben in den nächsten anderthalb Jahren viel zu tun, aber wir haben die notwendigen Ressourcen und einen robusten Zeitplan, um unsere wissenschaftlichen Ziele zu erreichen“, so Christopher Russell von der University of California in Los Angeles, der wissenschaftlicher Leiter der DAWN-Mission. „Wir sind sehr aufgeregt und voller Vorfreude.“
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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Der Beitrag Raumsonde DAWN – Im Bann des Zwergplaneten Ceres erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde DAWN befindet sich im Anflug auf ihr zweites und finales Forschungsziel – den im Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems gelegenen Zwergplaneten Ceres. Gegenwärtig befindet sich die Raumsonde noch in einer Entfernung von etwa 54.000 Kilometern zu Ceres und bewegt sich dabei mit einer relativen Geschwindigkeit von etwa 50 Metern pro Sekunde zu dem Zwergplaneten. Am 6. März gegen 13:20 MEZ wird die Geschwindigkeit der Raumsonde dann so weit abgebaut sein, dass DAWN durch das Schwerefeld des Zwergplaneten ‚eingefangen‘ und in den darauf folgenden Wochen auf eine Umlaufbahn gelenkt wird.

Nur wenige Wochen später beginnt dann eine ausführliche, nach dem derzeitigen Planungsstand bis mindestens Ende Juni 2016 andauernde systematische Erkundung von Ceres. Neben einem im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitenden Spektrometer und einem Gamma- und Neutronenspektrometer wird dabei auch ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickeltes und betriebenes Kamerasystem, die aus zwei identischen Optiken bestehende Framing Camera, zum Einsatz kommen.

Ceres – Ein Relikt aus der Entstehungsphase unseres Sonnensystems
Durch die Untersuchung von Ceres erhoffen sich die Planetologen weitere Erkenntnisse über die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte unseres Sonnensystems. Ceres verfügt bei einer kugelähnlichen, leicht abgeplatteten Form über einen Durchmesser von etwa 975 x 909 Kilometern. Die Planetenforscher gehen davon aus, dass es sich bei Ceres um einen differenzierten Protoplaneten handelt – eine Art ‚Vorplanet‘, welcher vor etwa 4,56 Milliarden Jahren in einer frühen Phase seiner Entwicklung hin zu einem ‚vollwertigen‘ Planeten stecken geblieben ist und der – vergleichbar mit dem inneren Aufbau der terrestrischen Planeten – über einen geschichteten inneren Aufbau verfügt.

Um einen Kern, in dem sich Silikate und Metalle angesammelt haben, befindet sich demnach ein mehrere Kilometer dicker und kompakter Mantel aus Wassereis. Zwischen dem Kern und dieser Eiskruste könnte sich eventuell sogar ein Ozean aus flüssigem Wasser verbergen. Über dem Eismantel ist dagegen eine dünne Materialschicht abgelagert, welcher die sichtbare Oberfläche des Zwergplaneten darstellt. Radarmessungen und Beobachtungen mit verschiedenen Teleskopen haben zu dem Schluss geführt, dass die Oberfläche von Ceres offenbar weitflächig mit einer Schicht aus feinem Regolith bedeckt ist. Diese sehr dunkle und kohlenstoffreiche Oberfläche erklärt auch die geringe Albedo von Ceres, welche einen Wert von lediglich 0,09 aufweist.

„Ceres genau zu untersuchen, ist wie eine Art Geschichtsforschung im Weltall“, so Jim Green, der Direktor der Planetary Science Division der NASA. „Die Daten, die DAWN zur Erde senden wird, könnten entscheidend dazu beitragen zu verstehen, wie das Sonnensystem entstand.“ Sollte sich die bisherige Theorie über dessen inneren Aufbau bestätigen, so würde sich Ceres grundlegend von den anderen Asteroiden im Bereich des Asteroiden-Hauptgürtels unseres Sonnensystems wie etwa dem ebenfalls von DAWN in den Jahren 2011 und 2012 untersuchten Asteroiden (4) Vesta unterscheiden.

„Beide Körper sind Fossilien aus der Geburtsstunde des Sonnensystems und werfen Licht auf dessen Entstehung“, so die stellvertretende wissenschaftliche Missionsleiterin Carol Raymond vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA zu der Bedeutung dieser Forschungsmission. Der gleichen Meinung ist auch Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der an der DAWN-Mission beteiligten Wissenschaftler: „Wir werden mit der DAWN-Mission vieles lernen, das uns die Entstehung unseres Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren besser verstehen lässt.“

Rätselhafte Geologie
Bereits seit dem Dezember 2014 fertigt die Framing Camera während der Annäherung von DAWN an Ceres in regelmäßigen Abständen Fotoaufnahmen von dem Zwergplaneten an, durch deren Auswertung sich für die beteiligten Wissenschaftler erste detaillierte Einblicke auf dessen Oberfläche ergeben. Seit dem Januar 2015 erreichen diese Aufnahmen eine bessere Auflösung als die zuvor am höchsten aufgelösten Ceres-Fotos, welche mit dem Hubble Space Telescope angefertigt wurden (Raumfahrer.net berichtete).

Schon jetzt enthüllen diese Aufnahmen aus der letzten Anflugphase eine Vielfalt von Strukturen auf der Oberfläche von Ceres. Neben zahlreichen eher kleinen und anscheinend ‚flachen‘ Einschlagskratern zeigen die Bilder auch von Kraterwällen umgebene Impaktstrukturen und auffallend viele Krater, in deren Zentrum sich ein Zentralberg befindet. Außerdem konnten die Wissenschaftler verschiedene ‚helle Flecken‘ ausmachen, deren Natur jedoch nach wie vor ein Rätsel darstellt.

„Strukturen dieser Art kennen wir von keinem anderen Körper im Asteroidengürtel“, so Dr. Andreas Nathues vom MPS, der wissenschaftliche Leiter des Kamerateams. Da diese Bereiche mehr als 40 Prozent des einfallenden Lichts reflektieren, halten die Wissenschaftler es für denkbar, dass diese Strukturen gefrorenes Wasser oder Salze enthalten. Erst kürzlich hatte das Weltraumteleskop Herschel den Nachweis erbrachte, dass sich in der Umgebung des Zwergplaneten Wasserdampf befindet, welcher von dessen Oberfläche entweicht (Raumfahrer.net berichtete).

In den kommenden Monaten wollen die an der DAWN-Mission beteiligten Wissenschaftler die Flecken deshalb genau beobachten und überprüfen, ob diese sich möglicherweise im Laufe der Zeit verändern. Dies könnte ein Anzeichen für eine gegenwärtig erfolgende kryovulkanische Aktivität sein, in deren Verlauf Wasser aus dem Inneren von Ceres an die Oberfläche befördert wird. Es ist aber auch denkbar, dass diese Flecken mit – in geologischen Zeiträumen betrachtet – erst kürzlich erfolgten Impakten in Zusammenhang stehen. Was Ceres den Wissenschaftlern bisher preisgegeben hat, wirft zurzeit jedenfalls eindeutig mehr Fragen als Antworten auf.

„So punktgenaue, extrem helle Flecken, wie wir sie auf den Kameraaufnahmen sehen, sind ungewöhnlich und bisher einfach noch nicht zu deuten“, so Prof. Ralf Jaumann. Und auch die Vielfalt der unterschiedlich geformten Krater und ihr Erhaltungszustand haben die Wissenschaftler in diesem Umfang nicht erwartet. Der Zwergplanet verfügt beispielsweise über einen Krater mit einem Durchmesser von rund 300 Kilometern, der flacher ist als für einen Einschlagskrater üblich. „Ganz ehrlich: Ceres ist viel spannender als ich gedacht habe“, betont Prof. Jaumann.

16 Monate Forschung
Mit dem bevorstehenden Eintritt in eine Umlaufbahn um den Zwergplaneten wachsen bei den beteiligten Wissenschaftlern zugleich auch die Neugier und die Spannung. Die bisher am höchsten aufgelösten Aufnahmen der Framing Camera erreichten aus einer Entfernung von rund 40.000 Kilometern eine Auflösung der Ceres-Oberfläche von etwa 3,7 Kilometern pro Pixel. Aus dieser Entfernung nehmen die besagten ‚hellen Flecken‘ jedoch gerade einmal eine Fläche von einem Pixel ein und sind somit kleiner als vier Quadratkilometer. Für eine detaillierte Analyse ist dies noch deutlich zu wenig. In den kommenden Monaten sollen jedoch noch deutlich höher aufgelöste Aufnahmen angefertigt werden.

Nachdem die Raumsonde DAWN am 6. März 2015 in einer Entfernung von etwa 41.000 Kilometern Entfernung von dessen Gravitation ‚eingefangen‘ wird, werden zunächst bis zum 10. April keinen weiteren Aufnahmen erstellt. Bis dahin wird sich die Raumsonde dem Zwergplaneten zunächst weiter annähern, wobei Ceres DAWN die zu diesem Zeitpunkt nicht von der Sonne beleuchtete Hemisphäre zuwendet. Am 10. April wird die Framing Camera dagegen aus einer polaren Umlaufbahn heraus bereits 18 Prozent der Ceres-Oberfläche abbilden können. Aus einer Entfernung von etwa 33.000 Kilometern soll dabei eine Auflösung von etwa 3,1 Kilometern pro Pixel erreicht werden.

In April und Mai wird der Zwergplanet dann über einen Zeitraum von 20 Tagen zunächst aus einer Umlaufbahn in 13.500 Kilometern Höhe erforscht, wobei Ceres von der Sonne voll beleuchtet sein wird. Bei dieser Gelegenheit sollen auch die ersten Farbaufnahmen der Framing Camera angefertigt werden. Im Juni wird die Umlaufbahn dann auf eine Höhe von 4.430 Kilometern abgesenkt. Anschließend wird bis zum August 2015 eine Überflughöhe von 1.470 Kilometern eingenommen. Die größte Annäherung an die Ceres-Oberfläche erfolgt schließlich Ende November 2015. DAWN wird den Zwergplaneten dabei bis zum Missionsende in einer Entfernung von nur noch 375 Kilometern Abstand umkreisen. Dabei wird es den Wissenschaftlern auch möglich sein, die Oberfläche von Ceres dreidimensional darzustellen.

„Viele Rätsel, die Ceres uns zurzeit noch aufgibt, werden wir erst mit der dritten Dimension lösen können“, so Prof. Ralf Jaumann. Ab dem Mai 2015 wird die Framing Camera den Zwergplaneten systematisch aus verschiedenen Blickwinkeln abbilden. Aus diesen Bilddaten wird anschließend ein dreidimensionales Höhenmodell des Himmelskörpers erstellt. Dazu wurde von den Mitarbeitern des hierfür zuständigen DLR-Instituts für Planetenforschung exakt geplant, wie viele Bilder an welchem Punkt aufgenommen werden müssen, um schließlich erstmals eine genaue Topographie eines Zwergplaneten zu berechnen – eines Himmelskörpers, welcher sich dabei in einer Entfernung von 500 Millionen Kilometern von der Erde befindet.

Derzeit ist vorgesehen, den Zwergplaneten bis mindestens Ende Juni 2016 zu erkunden. Der genaue Zeitpunkt für das Missionsende wird allerdings von den Treibstoffreserven diktiert, über welche DAWN verfügt. Während der Umkreisung von Ceres wird DAWN in den kommenden Monaten immer wieder kleinere Korrekturmanöver durchführen müssen, welche sowohl der Lagekontrolle der Raumsonde als auch der exakten Ausrichtung der Instrumente dienen. Sobald das hierfür benötigte Hydrazin aufgebraucht ist muss dann auch die Mission beendet werden. Anschließend soll DAWN in einer Umlaufbahn von Ceres verbleiben.

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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• Wasserdampf beim Zwergplaneten Ceres (24. Januar 2014)

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NASA Press-Kit:

• DAWN at Ceres (4,2 MB, engl.)

Technische Beschreibung der Framing Camera:

• MPS (engl.)

Der Beitrag Raumsonde DAWN ist auf der Zielgeraden erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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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Der Beitrag Raumsonde DAWN beginnt ihren Anflug auf Ceres erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

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

Zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter befindet sich der Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems. In einer Entfernung zwischen 2,0 und 3,4 Astronomischen Einheiten zur Sonne befinden sich dort vermutlich mehrere Millionen Asteroiden mit Durchmessern von mehreren hundert Kilometern bis hinunter zu lediglich wenigen Metern.

Die am 27. September 2007 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 Asteroidengürtels anschließend bis zum September 2012 ausführlich mit den drei an Bord der Raumsonde befindlichen 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 Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickeltes und betriebenes 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. Bereits Anfang März 2015 wird DAWN ihr zweites und letztes Reiseziel, den ebenfalls im Haupt-Asteroidengürtel gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres, erreichen und auch dieses größte und zugleich massereichste Objekt im Asteroiden-Hauptgürtel aus einem Orbit heraus erkunden.

Der Zwergplanet (1) Ceres
Ceres wurde bereits am 1. Januar 1801 von dem italienischen Astronomen Giuseppe Piazzi entdeckt und verfügt bei einer kugelähnlichen, leicht abgeplatteten Form über einen Durchmesser von etwa 975 x 909 Kilometern. Die Planetenforscher unter den Astronomen gehen davon aus, dass es sich bei (1) Ceres um einen differenzierten Protoplaneten handelt – eine Art ‚Vorplanet‘, welcher vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer frühen Phase seiner Entwicklung hin zu einem ‚vollwertigen‘ Planeten stecken geblieben ist und der – vergleichbar mit dem inneren Aufbau der terrestrischen Planeten – über einen geschichteten Aufbau verfügt.

Um einen Kern, in dem sich Silikate und Metalle angesammelt haben, befindet sich demnach ein mehrere Kilometer dicker und kompakter Mantel aus Wassereis. Unter dieser dicken Eiskruste könnte sich eventuell sogar ein Ozean aus Wasser verbergen. Über dem Eismantel ist dagegen eine dünne Materialschicht abgelagert, welcher die sichtbare Oberfläche des Zwergplaneten darstellt. Radarmessungen und Beobachtungen mit verschiedenen Teleskopen haben zu dem Schluss geführt, dass die Oberfläche von Ceres offenbar weitflächig mit einer Schicht aus feinem Regolith bedeckt ist. Diese sehr dunkle und kohlenstoffreiche Oberfläche erklärt auch die geringe Albedo von Ceres, welche einen Wert von lediglich 0,09 aufweist.

Im Rahmen verschiedener spektroskopischer Untersuchungen gelang den Wissenschaftlern in den vergangenen Jahren auf der Oberfläche von Ceres zudem der Nachweis von hydratisierten Mineralen, in deren Kristallstruktur ebenfalls Wasser fest eingebunden ist. Insgesamt, so die Planetenforscher, dürfte der Wassereisanteil etwa 17 bis 27 Prozent der Gesamtmasse von Ceres ausmachen. Dieser Wert ergibt sich aus der mittleren Dichte des Zwergplaneten, welche rund 2,077 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt.

Ein erstes Foto von Ceres
In den vergangenen Jahren wurde Ceres bereits mehrfach mit dem Kamerasystem von DAWN abgebildet. Dabei war dieser Zwergplanet aufgrund der dabei gegebenen Entfernungen allerdings kaum von den Hintergrundsternen zu unterschieden. Am 1. Dezember 2014 fertigte die Framing Camera jedoch erstmals eine Aufnahme von Ceres an, auf dem die kugelförmige Gestalt des Zwergplaneten deutlich erkennbar ist. Auf diesem Foto, welche das Kamerasystem aus einer Entfernung von etwa 1,2 Millionen Kilometern zu ihrem Ziel aufgenommen hat, misst Ceres lediglich neun Pixel im Durchmesser. Trotzdem hilft diese auf den ersten Blick noch eher unspektakuläre Aufnahme den an diesem Instrument beteiligten Wissenschaftlern dabei, das Kamerasystem noch vor der Ankunft der Raumsonde an ihrem nächsten Ziel zu kalibrieren. Mit abnehmender Entfernung zum Ziel werden die Aufnahmen dann in den kommenden Monaten immer besser werden und somit auch immer mehr Details von Ceres enthüllen.

„Die schärfsten Bilder, die uns bisher von Ceres vorliegen, wurden vom Weltraumteleskop Hubble aufgenommen“, so Dr. Andreas Nathues vom MPS, der für die Framing Camera verantwortliche Wissenschaftler. „Die Auflösung dieser Bilder müssten wir Ende Januar übertreffen. Ab dann betreten wir Neuland.“

Nach der Ankunft bei Ceres soll DAWN in einen Beobachtungsorbit um den Zwergplaneten eintreten und zunächst dessen Oberfläche kartografieren. Anschließend wird der Abstand zu Ceres schrittweise verringert, bis die Kamera der Raumsonde schließlich aus nur noch wenigen hundert Kilometern Entfernung auf die Oberfläche des Zwergplaneten blickt und dann auch einzelne Oberflächendetails in hoher Auflösung abbilden kann. Insgesamt soll DAWN ein Jahr lang um Ceres kreisen und den Zwergplaneten erforschen.

Vesta vs. Ceres
Obwohl Vesta und Ceres beide im Asteroidengürtel beheimatet sind, unterscheiden sich diese beiden Himmelskörper doch deutlich voneinander. Wenn auch deutlich kleiner und masseärmer, so gleicht Vesta doch den Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars – den vier inneren Planeten unseres Sonnensystems. Manche Planetologen betrachten Vesta sogar als den fünften Vertreter dieser Planetengruppe.

Ceres hingegen erinnert eher an die größeren Monde der äußeren Planeten Jupiter und Saturn: tiefgefroren und wasserhaltig. Messungen mit dem Weltraumteleskop Herschel deuten zudem darauf hin, dass Ceres gelegentlich Wasserdampf in das umgebende Weltall abgibt – ähnlich wie der Saturnmond Enceladus, nur in einem deutlich geringeren Ausmaß.

Die Ursache für diese Unterschiede findet sich in der sogenannten Schneegrenze innerhalb unseres Sonnensystems. „Im inneren Asteroidengürtel zur Sonne hin finden wir Gesteinskörper wie Vesta, deren Wasserdampf bereits verschwunden ist“, erläutert Prof. Dr. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof. „Im äußeren Asteroidengürtel, wo wir gerade hinfliegen, gibt es jede Menge Eis, weil die Sonne nicht mehr viel ausrichtet.“

Mit Vesta und Ceres werden durch die Raumsonde DAWN somit gegenwärtig zwei der drei größten Asteroiden des Hauptgürtels beobachtet und untersucht, bei denen es sich zudem um zwei extrem gegensätzliche Himmelskörper handelt. „Ein weiterer Glücksfall ist, dass wir zeitgleich mit der Rosetta-Sonde und dem Lander Philae den Kometen Tschurjumow-Gerasimenko untersuchen“, so Prof. Jaumann weiter. „Wir können also zum Beispiel das Eis-Mineral-Gemisch des Kometen mit dem des Asteroiden Ceres vergleichen.“

Weitere Erkenntnisse erhoffen sich die Wissenschaftler auch über den von Ceres freigesetzten Wasserdampf. Wenn dieser Wasserdampf tatsächlich aus Geysiren ausströmt, so würde das Gas umgehend gefrieren und als eine Art ‚Schnee‘ wieder auf die Oberfläche herabsinken. Die daraus resultierenden Veränderungen auf der Oberfläche müssten sich aus dem Orbit heraus mit der Kamera dokumentieren lassen.

„Es gibt viele Fragen, auf die wir eine Antwort finden wollen: Wie sieht die Oberfläche aus und wie hat sie sich im Laufe der Zeit verändert? Gibt es eine Tektonik, das heißt bewegt sich die Eiskruste von Ceres? Und stammen die Ablagerungen, also der Dreck auf der Oberfläche, aus dem Inneren des Zwergplaneten oder wurden sie über Einschläge von außen auf die Oberfläche gebracht“, so Prof. Jaumann. „Wir haben gute Chancen, das mit der DAWN-Mission herauszufinden und so die Anfänge unseres Sonnensystems besser zu verstehen.“ Zugleich werden sich bei diesen Untersuchungen allerdings auch neue Fragestellungen ergeben, welche dann wohl erst durch weitere Forschungen beantwortet werden können.
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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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL.

Seit ihrem Start am 19. Januar 2006 hat die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons auf ihrem Weg zu dem Zwergplaneten Pluto, welcher am 14. Juli 2015 erreicht und im Rahmen eines Fly-By-Manövers passiert werden soll, mittlerweile eine Distanz von mehr als 4,976 Milliarden Kilometern zurückgelegt. Fast zwei Drittel dieser Zeit, nämlich 1.873 Tage, befand sich die Raumsonde dabei in einem Hibernations-Modus – einem speziellen ‚Schlafmodus‘, in dem sämtliche nicht für den Betrieb der Sonde zwingend benötigten Instrumente und Systeme deaktiviert waren.

Eine Ausnahme stellte dabei lediglich das „Venetia Burney Dust Counter“-Experiment dar. Hierbei handelt es sich um ein Instrument zur Untersuchung von kosmischen Staubpartikeln entlang der gesamten Flugroute der Raumsonde, welches die auftreffenden Partikel zählt und zugleich deren Masse bestimmen kann. Das Venetia-Experiment ist das einzige der sieben von New Horizons mitgeführten wissenschaftlichen Instrumente, welches während der meisten Zeit des Fluges aktiv ist und Daten sammelt.

Während der 18 einzelnen Hibernations-Phasen, welche jeweils zwischen 36 und 202 Tage andauerten, wurde von der Raumsonde lediglich einmal pro Woche ein kurzes Zustandssignal an das Deep Space Network (DSN) der NASA übermittelt, welches den für den Betrieb von New Horizons zuständigen Technikern und Ingenieuren vom Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland Aufschluss über den allgemeinen Gesamtzustand der Raumsonde gaben.

Zudem wurde die Raumsonde während der letzten Jahre in regelmäßigen Abständen für jeweils mehrere Wochen aus diesem Schlaf-Modus ‚aufgeweckt‘, um die Software der Raumsonde mit Updates zu versehen und eventuell notwendige Kurskorrekturmanöver durchzuführen. Zugleich wurden bei diesen als „Annual Checkouts“ (kurz „ACO“) bezeichneten Gelegenheiten die während der vorherigen Monate von dem Dust Counter Experiment gesammelten Daten sowie ausführliche Telemetriewerte der Sonde an das Kontrollzentrum übermittelt. Zusätzlich wurden diese Wachphasen dazu genutzt, um die wissenschaftlichen Instrumente und die verschiedenen Hardware-Komponenten von New Horizons einer eingehenden Überprüfung und Kalibrierung zu unterziehen. Der letzte dieser ACOs begann am 15. Juli 2014 und endete sechs Wochen später am 29. August. Seitdem befand sich New Horizons erneut in einem Schlafmodus.

Die letzte ‚Schlafphase‘ ist beendet
Diese Phasen des zeitweiligen ‚Tiefschlafs‘ sind jetzt jedoch beendet. Am Abend des 6. Dezember 2014 ‚erwachte‘ New Horizons zum letzten Mal vor dem Erreichen des Pluto um 21:00 MEZ aufgrund einer bereits im August 2014 an die Raumsonde übermittelten Kommandosequenz aus dem Hibernations-Modus. Rund 90 Minuten später wurde von der Raumsonde ein spezielles Signal in Richtung Erde abgesetzt, welches den erfolgten Aufwachvorgang und den damit verbundenen Übertritt in den aktiven Betriebsmodus bestätigte. Zu diesem Zeitpunkt befand sich New Horizons in einer Entfernung von mehr als 4,7 Milliarden Kilometern zur Erde. Bedingt durch diese Entfernung benötigte das entsprechende Signal etwa vier Stunden und 26 Minuten, um zunächst von der 70-Meter-Antenne DSS-43 des Deep Space Network bei Canberra/Australien empfangen zu werden. Um 03:53 MEZ am 7. Dezember wurde der Eingang dieses Signal dann auch von den Mitarbeiter des New Horizons-Kontrollzentrums am JHU/APL offiziell bestätigt.

Fünf Wochen ausführliche Tests
Obwohl sich New Horizons zu diesem Zeitpunkt immer noch rund 260 Millionen Kilometer von Pluto entfernt befand markierte dieses Ereignis zugleich auch den Beginn des eigentlichen Höhepunktes der Mission – den am 14. Juli 2015 erfolgenden Vorbeiflug der Raumsonde an dem Zwergplaneten. Die eigentliche wissenschaftliche Beobachtungskampagne des Pluto und seiner derzeit fünf bekannten Monde beginnt offiziell am 15. Januar 2015. Ab diesem Tag beginnen die sieben Instrumente der Raumsonde mit der systematischen Untersuchung des Pluto-Systems.

Zunächst sollen jedoch in den kommenden Tagen die aktuellen Navigations- und Telemetriedaten ausgewertet werden, wodurch sich für die an dieser Mission beteiligten Ingenieure ein Gesamteindruck über den allgemeinen Zustand der Raumsonde ergeben wird. Im Anschluss daran werden die verschiedenen Systeme und Instrumente der Raumsonde über mehrere Wochen hinweg weiteren ausführlichen Tests unterzogen. Im Rahmen dieser Überprüfungen wird unter auch erneut die komplette Kommandosequenz getestet, welche im kommenden Sommer während des Pluto-Vorbeifluges für die Steuerung der Raumsonde verantwortlich ist und die den Einsatz der Instrumente koordiniert.

Zudem soll in den kommenden Wochen ermittelt werden, ob New Horizons eventuell ein weiteres Kurskorrekturmanöver durchführen muss, um den Pluto am 14. Juli in der gewünschten Entfernung zu passieren. Die Auswertung der Daten über den gegenwärtigen Verlauf der Flugbahn führte im vergangenen Sommer zu dem Ergebnis, dass ein weiteres Korrekturmanöver – wenn überhaupt – wahrscheinlich frühestens im März 2015 notwendig sein wird.

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

Jenseits der Umlaufbahn des Neptuns, des äußersten Planeten unseres Sonnensystem, erstreckt sich in einer Entfernung von etwa 30 bis 50 Astronomischen Einheiten zur Sonne – dies entspricht in etwa 4,5 bis 7,5 Milliarden Kilometern – der aus vermutlich mehreren zehntausend Objekten bestehende Kuipergürtel. Die vier größten der dort befindlichen Objekte wurden mittlerweile von der Internationalen Astronomischen Union (IAU) offiziell als Zwergplaneten klassifiziert. Trotz ihrer relativ großen Durchmesser von jeweils deutlich über 1.500 Kilometern fällt es den Astronomen aufgrund der großen Entfernungen zur Erde jedoch sehr schwer, diese vier Zwergplaneten Pluto, Haumea, Makemake und Eris im Detail zu untersuchen.

Speziell im Fall von Makemake gestaltet sich die Gewinnung neuer Erkenntnisse als besonders kompliziert. Wenn Himmelskörper von einem oder mehreren relativ massereichen Monden umkreist werden – und dies ist bei den anderen drei Zwergplaneten und vielen weiteren Kuipergürtel-Objekten der Fall – so kann anhand des Verlaufes und der Veränderungen in den Umlaufbahnen dieser Monde die ungefähre Masse der beteiligten Objekte abgeleitet werden.

Manchmal kommt den Astronomen bei der Untersuchung der Asteroiden und Zwergplaneten des Kuipergürtels jedoch auch eine spezielle, als Sternbedeckung oder auch „Okkultation“ bezeichnete astronomische Konstellation zu Hilfe. Hierbei zieht ein Planet oder Asteroid von der Erde aus betrachtet direkt vor einem Hintergrundstern vorbei und bedeckt diesen für einen kurzen Zeitraum. Aus dem Verlauf der sich dabei ergebenden Lichtkurven können die Astronomen verschiedene wichtige Daten wie zum Beispiel die Größe und Form eines Asteroiden oder die Existenz, die Ausdehnung und die Dichte einer eventuell vorhandenen Atmosphäre ableiten. Unter besonders günstigen Umständen lässt sich dabei sogar die Existenz eines den Asteroiden umkreisenden Mondes feststellen (Raumfahrer.net berichtete).

Die Sternbedeckung durch (10199) Chariklo im Jahr 2013
Am 3. Juni 2013 bedeckte der im Kuipergürtel beheimatete Zentaur (10199) Chariklo den Stern UCAC4 248-108672. Der bereits am 15. Februar 1995 entdeckte Asteroid verfügt über einen Durchmesser von etwa 258 Kilometern. In Kombination mit der während der Bedeckung gegebenen Entfernung zwischen (10199) Chariklo und der Erde konnten die Astronomen berechnen, dass diese Okkultation etwa 12 Sekunden andauern würde.

Diese sich im letzten Jahr ergebende Gelegenheit wurde deshalb von einem internationalen Astronomenteam für eine ausgedehnte Beobachtungskampagne genutzt. Die Astronomen beobachteten das nur von Südamerika aus sichtbare Ereignis mit sieben verschiedenen in Chile und Brasilien befindlichen Teleskopen. Zwei der dabei eingesetzten Teleskope, das 1,54-Meter-Danish-Telescope und das Teleskop TRAPPIST (kurz für „TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope“), befinden sich an dem Standort La Silla der Europäischen Südsternwarte (ESO) in den chilenischen Anden.

Ein Ringsystem um Chariklo
Bei der Auswertung der dabei gewonnenen Daten zeigten sich mehrfach deutlich erkennbare „Ausschläge“ in der während der Bedeckung gewonnenen Lichtkurve, welche sich einige Sekunden vor und nach der eigentlichen „Hauptbedeckung“ ereigneten. Die gewonnenen Daten werden dahingehend interpretiert, dass der Asteroid von einem aus zwei Einzelringen bestehenden Ringsystem umgeben ist.

Durch den Vergleich der von verschiedenen Beobachtungsstandorten aus gewonnenen Beobachtungsdaten konnte das Team nicht nur die Form und Ausdehnung der Objekte, sondern auch die Struktur, die Breite und Ausrichtung sowie weitere Eigenschaften der neu entdeckten Ringe rekonstruieren. Der innere Ring befindet sich demzufolge im Mittel etwa 391 Kilometer von der Asteroidenoberfläche entfernt und verfügt über eine Ausdehnung von sieben Kilometern. Der äußere, lediglich drei Kilometer breite Ring, ist dagegen 405 Kilometer von der Oberfläche platziert. Zwischen den beiden Ringen befindet sich eine deutlich ausgeprägte Lücke mit einer Ausdehnung von etwa acht Kilometern.

„Wir haben nicht nach einem Ring gesucht und haben es nicht einmal für möglich gehalten, dass solch kleine Himmelskörper wie Chariklo Ringe besitzen könnten. Somit war ihre Entdeckung – und die verblüffende Menge an Details, die wir in dem Ringsystem sehen – für uns eine vollkommene Überraschung“, so Felipe Braga-Ribas vom Observatório Nacional/MCTI im brasilianischen Rio de Janeiro, der die Beobachtungskampagne vorbereitet hat und auch Erstautor eines entsprechenden Fachartikels ist.

Die bisherigen Untersuchungen des Ringsystems führten zu dem Schluss, dass es sich bei dem Material, aus dem sich die Ringe zusammensetzen, zumindestens teilweise um Wassereis handelt. Entsprechende Signaturen, so Dr. Colin Snodgras vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, konnten nachgewiesen werden. Unklarheit besteht dagegen noch darüber, ob solche Ringsysteme um Asteroiden im Bereich des Kuipergürtels die Regel sind oder doch eher die Ausnahme darstellen. Auch der Entstehungsprozess konnte bisher nicht zweifelsfrei nachvollzogen werden.

„Wir können derzeit nicht sagen, ob Ringe um kleine Objekte aus einem generischen, bisher unbekannten Prozess herrühren, oder ob es sich dabei um außergewöhnliche Einzelfälle handelt“, so Dr. Colin Snodgras weiter.

Am wahrscheinlichsten ist derzeit allerdings, dass die den Asteroiden Chariklo umgebenden Ringe aus einer „kosmischen Kollision“ hervorgegangen sind. Ein anderer Kleinkörper des Sonnensystems kollidierte demnach mit Chariklo, wobei ein Teil des auf der Asteroidenoberfläche abgelagerten Wassereises in den umgebenden Weltraum befördert wurde. Das so freigelegte Material wurde anschließend – zusammen mit dem Material des verursachenden Impaktors – durch die gravitativen Einflüsse von einem oder mehreren massereicheren Objekten, welche sich in der unmittelbaren Nähe von Chariklo bewegen, zu Ringen „geformt“.

„Deshalb ist es sehr wahrscheinlich, dass Chariklo nicht nur über die Ringe, sondern auch mindestens über einen kleinen Mond verfügt, der derzeit noch auf seine Entdeckung wartet“, so Felipe Braga-Ribas weiter.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse werden am heutigen Tag unter dem Titel „A ring system detected around the Centaur (10199) Chariklo“ von Felipe Braga-Ribas et al. in der Fachzeitschrift „Nature“ publiziert.

In diesem Zusammenhang erwähnenswert ist, dass auch das den Planeten Uranus umgebende Ringsystem durch die Beobachtung einer am 10. März 1977 erfolgten Sternbedeckung entdeckt wurde.

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Ein Beitrag von Karl Urban. Quelle: NASA / Hubblesite.

Mit dem Weltraumteleskop Hubble gelang es einem Team von US-Astronomen, den neuen Mond abzulichten. Er umkreist Pluto in einem Abstand von 93.000 Kilometern, ist irregulär geformt und besitzt einen Durchmesser zwischen zehn und 24 Kilometern.

Der Mond mit dem vorläufigen Namen S/2012 (134340) ist damit deutlich kleiner als die 2006 entdeckten Trabanten Nix und Hydra, umkreist den Zwergplaneten aber auf der gleichen Bahnebene. Neben dem größten Mond Charon (1200 Kilometer) war zuletzt 2011 in älteren Daten des Hubbleteleskops der vierte Plutomond entdeckt worden. Die Aufnahme des vergleichbar großen fünften Mondes gelang nun jedoch mit der verbesserten Wide Field Camera 3 des Hubbleteleskops, die mit der letzten Servicemission des Space Shuttles ins All gelangt war. Es war zu diesem Zweck erst vor wenigen Tagen auf Pluto gerichtet worden.

Völlig überraschend ist der aktuelle Fund nicht: Astronomen um die Brasilianerin Pryscilla Pires dos Santos hatten schon in früheren statistischen Auswertungen die Möglichkeit weiterer Monde angenommen. Viel mehr könnte es neben S/2012 (134340) sogar noch einen sechsten Mond geben. Wenn er existiert, dürfte er spätestens mit dem Vorbeiflug der NASA-Raumsonde New Horizons aufgespürt werden, die das Plutosystem am 14. Juli 2015 durchfliegen wird.

Der Fund beschäftigt das Missionsteam der NASA-Sonde jedoch auch, weil er ein weiteres Indiz für vielfältiges Gesteinsmaterial im Plutoumfeld darstellt. Das könnte auch eine Änderung der Flugroute von New Horizons notwendig machen, die vielleicht zu dicht an Pluto vorbeifliegt: Astronomen gehen davon aus, dass kleinere Einschläge sowohl im Kuipergürtel als auch auf Pluto häufig sind, bei denen feines Gesteinsmaterial herausgeschleudert wird. Die Anwesenheit mehrerer Trabanten könnte den Staub auf wenige feste Bahnen um den Zwergplaneten zwingen – und ein Ringsystem hervorrufen.

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