Rosetta
Quelle: ESA
Rosetta ist die erste Mission, deren Ziel es ist, einen Kometen über einen längeren Zeitraum hinweg zu begleiten und zu beobachten.
Am 2. März 2004 startete die ESA-Raumsonde ihre zehnjährige Reise zum Kometen Churyumov-Gerasimenko mit einer Ariane-5 Rakete von Kourou, Französisch-Guayana. Bis zu ihrer Ankunft im Jahr 2014 wird Rosetta mehrere Vorbeiflüge an Erde und Mars nutzen (sog. „swing-bys“), um genügend Schwung zum Erreichen des Kometen zu holen. Es besteht das Ziel, den Kometen Churyumov-Gerasimenko ganz aus der Nähe zu studieren, ihn für viele Monate zu umkreisen und schließlich mit einem Lander auf der Kometenoberfläche zu landen. Da sich der Komet während dieser Zeit immer näher auf die Sonne zubewegt, wird es somit erstmalig möglich sein, die Veränderungen des Kometen bei seiner Reise über mehrere Millionen Kilometer durch das All zu untersuchen. Darüber hinaus wird Rosetta auf ihrem Weg in das äußere Sonnensystem zwei Asteroiden, Steins und Lutetia, mit Hilfe von nahen Vorbeiflügen wissenschaftlich untersuchen.
Wieso fliegen wir zu einem Kometen?
Die Entstehung des Sonnensystems ist in vielerlei Hinsicht ungeklärt. Daher werden die Ursprünge von Kometen und die Beziehung zwischen Kometen und interstellarer Materie erforscht, was wiederum Rückschlüsse auf die Entstehung des Sonnensystems zulässt. Da Kometenkerne nur wenige Kilometer groß sind und im Wesentlichen aus Eis und Staub bestehen, werden sie häufig als „schmutzige Schneebälle“ bezeichnet.
Ihren Ursprung haben die langperiodischen Kometen in der sogenannten Oortschen Wolke, die in einem Abstand von etwa einem Lichtjahr kugelförmig um die Sonne angeordnet ist. Die kurzperiodische Kometen (die sich schneller und mit kürzeren Umlaufperioden um die Sonne bewegen) stammen vermutlich aus dem Kuiper-Gürtel, einer flachen und scheibenförmigen Region jenseits von Pluto. Dort befinden sie sich, aufgrund der großen Entfernung zur Sonne, praktisch in einer Art kosmischen Tiefkültruhe und bestehen demnach noch aus dem ursprünglichsten Material, aus dem unser Sonnensystem vor ca. 4,6 Milliarden Jahren entstanden ist.
| Durchmesser (km) | 3 x 5 |
| Rotationsperiode (Stunden) | ~ 12,7 |
| Orbitperiode (Jahre) | 6,45 |
| Nächster Abstand zur Sonne (Millionen km) | 186,0 (1,243 AE*) |
| Weitester Abstand zur Sonne (Millionen km) | 849,7 (5,68 AE*) |
| Exzentrizität des Orbits | 0,64 |
| Orbitinklination (Grad) | 7,04 |
| Jahr der Entdeckung | 1969 |
| Entdecker | Klim Churyumov & Svetlana Gerasimenko |
*AE = Astronomische Einheit (mittlerer Abstand Erde-Sonne. 1 AE = 149,6 Millionen km)
Steins und Lutetia
Nach dem erfolgreichen Start von Rosetta wurde am 11. März 2004 endgültig entschieden, mit der Raumsonde an den beiden Asteroiden Steins und Lutetia vorbeizufliegen. Sie liegen im Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter. Schon seit dem Beginn der Missionsplanung gehört der Besuch eines oder mehrerer Asteroiden zu den wissenschaftlichen Zielen von Rosetta.
Asteroiden sind primitive Bausteine des Sonnensystems aus der Zeit der Entstehung vor ca. 4,6 Milliarden Jahren. Bisher konnten nur wenige von ihnen aus der Nähe beobachtet werden. Sie unterscheiden sich zum einen in ihrer Größe (zwischen einigen bis 100 km), zum anderen auch in ihrer Zusammensetzung.
Die für Rosetta ausgewählten Zielasteroiden Steins und Lutetia haben recht unterschiedliche Eigenschaften. Steins, mit einem Durchmesser von nur wenigen Kilometern ein vergleichsweise kleines Objekt, soll von Rosetta am 5. September 2008 aus etwa 1700 km Entfernung beobachtet werden. Diese „Begegnung“ wird bei der relativ geringen Geschwindigkeit von etwa 9 km/s während Rosettas ersten Ausflugs in den Asteroidengürtel stattfinden.
Der zweite Asteroid, Lutetia, ist weitaus größer: Er hat einen Durchmesser von rund 100 km. Ihn wird Rosetta am 10. Juli 2010 während ihres zweiten Flugs durch den Asteroidengürtel mit einer Vorbeifluggeschwindigkeit von 15 km/s aus rund 3000 km Entfernung beobachten.
Die Sonde dürfte bei ihren Vorbeiflügen an diesen Urzeit-Felsen spektakuläre Bilder aufnehmen. Ihre Bordinstrumente werden Aufschluss über Masse und Dichte der beiden Asteroiden geben und uns somit mehr über ihre Zusammensetzung verraten. Rosetta soll außerdem die Temperatur unter ihrer Oberfläche messen und nach Gas und Staub in ihrer Umgebung Ausschau halten.
Wissenschaftliche Ziele des Radio Science Investigations Experiment (RSI) am Kometen Churyumov – Gerasimenko
‚Schwerefeldmessungen an einem Kometen‘
- Bestimmung von Masse und mittlerer Dichte
- Trägheitsmomente des Kometenkörpers
- präzise Bestimmung des Kometenorbits
‚Untersuchung der Kometenkoma‘
- Elektroneninhalt
- Gas- und Staubproduktionsraten
- Staubmenge mit einer Korngröße von cm – dm
- Massenfluß auf die Raumsonde
‚Untersuchung des Kometenkerns (bistatic radar)‘
- Größe und Form
- Struktur und Rauigkeit der Oberfläche
- Rotations- Präzessions- und Nutationsraten des Kerns
Rosetta – Daten
| Mission | |
|---|---|
| Start | 02. März 2004, 08:17 Uhr MEZ |
| Startort | Kourou, Französisch Guayana |
| Trägerrakete | ARIANE 5 G |
| Missionsdauer | Insgesamt 12 Jahre, bis Dezember 2015 |
| Mission Control Center | European Space Operations Center (ESOC), Darmstadt |
| Philae Lander Control Center | DLR MUSC, Köln |
| Bodenstationen | Perth (Australien), Kourou (Französisch Guayana) |
| Startgewicht | 3.000 Kilogramm |
| Treibstoff | 1.670 Kilogramm |
| Wissenschaftliche Nutzlast | 165 Kilogramm |
| Orbiter | |
|---|---|
| Maße Orbiter | 2,8 x 2,1 x 2,0 Meter |
| Maße Solarzellen | 2 Stück, jeweils 14 Meter Länge, mit einer Gesamtfläche von 64 Quadratmeter |
| Energieversorgung / Energieproduktion der Solarzellen | 850 Watt bei 3,4 AE*, 395 Watt bei 5,25 AE* |
| Kommunikationsantenne | Hochgewinnantenne, 2,2 Meter Durchmesser, drehbar |
| *AE = Astronomische Einheit (mittlere Entfernung zwischen Erde und Sonne, ca. 150 Mio km) | |
| Philae-Lander | |
|---|---|
| Gewicht | 100 Kilogramm |
| Datenübertragung | 16 Kilobytes pro Sekunde via Orbiter |
| Energieversorgung | Solargenerator, 4 Watt, primäre (für die ersten 60 Stunden nach der Landung auf dem Kometen) und sekundäre (aufladbare) Batterien |
| Zeitplan | |
|---|---|
| Start | März 2004 |
| 1. Erdvorbeiflug | März 2005 |
| Mars-Vorbeiflug | März 2007 |
| 2. Erdvorbeiflug | November 2007 |
| 3. Erdvorbeiflug | November 2009 |
| Rendezvous-Manöver | Mai 2014 |
| Globale Kartierung des Kometen | August 2014 |
| Landung auf dem Kometen | November 2014 |
| Orbitflug | August 2015 |
| Ende der Mission | Dezember 2015 |
Treffpunkt mit dem Kometen
Quelle: ESA
Die schwierigste Phase wird das Zusammentreffen mit dem sich schnell bewegenden Kometen Churyumov-Gerasimenko sein. Im Mai 2014 soll eine Umlaufbahn um den Planeten erreicht werden. Churyumov-Gerasimenko ist ein kurzperiodischer Komet, der alle 6,57 Jahre wiederkehrt. Er wude 1969 von Klim Churyumov (Universität von Kiev, Ukraine) und Svetlana Gerasimenko (Insitute of Astophysics Dushanbe, Tajikistan) entdeckt. Zwei Annäherungen an Jupiter 1840 und 1959 änderten die Bahn von anfangs 4,0 AE Perihelabstand auf 1,28 AE. Der Komet gehört zu Kometen der sogenannten Jupiter-Familie (mit Aphel, d.h. dem sonnenfernsten Punkt, am Jupiterorbit), welche eine große Gruppe von kurzperiodischen Kometen im Sonnensystem repräsentiert.
Rosetta wird Churyumov-Gerasimenko auf seiner Bahn folgen und im Jahre 2014 treffen. Das Rendezvous soll in einer Entfernung vom 4,8 AE von der Sonne entfernt stattfinden und im Mai 2014 wird Rosetta sich in einen Orbit um den Kometen begeben und ihn für 17 Monate begleiten. Da von Churyumov-Gerasimenko nur sehr wenig bekannt ist, und weder gesicherte Erkenntnisse über seine Größe, seine Form noch seine Masse vorliegen, wird der Anflug an den Kometen recht schwierig sein. Nach Auswahl eines geeigneten Landeplatzes, einen Monat nach Beginn der Kartierung Churyumov-Gerasimenkos in ungefähr 3.25 AE Abstand von der Sonne, wird der Orbiter ein 100 kg schweres Landemodul (Philae-Lander) auf der Oberfläche absetzen. Wegen der sehr geringen Gravitation muss die Landegeschwindigkeit sehr niedrig sein, kleiner als 1 m/sec, sonst würde der ‚Lander‘ vom Kometen abprallen und ins All verschwinden. Gleichzeitig wird die Raumsonde den Kometenkern weiterhin umkreisen und seine Veränderungen über mehr als 14 Monate verfolgen. Zu dieser Zeit wird der Einfluss der Sonne begonnen haben, Teile des Kometenkerns zu verdampfen und die Oberfläche des Kometen wird ausgasen. Hierbei kann erstmalig beobachtet werden, wie sich ein Komet bei der Annäherung, bei seiner geringsten Distanz (Perihelion-Passage) und bei der Entfernung von der Sonne verhält und verändert.
Die primären Ziele der Rosettamission sind:
- die Erforschung des Ursprungs des Sonnensystems durch das Studium des Aufbaus eines Kometen
- die Erforschung der Wechselwirkung zwischen Kometenmaterial und interstellarem Material
- globale Charakterisierung des Kometenkerns (dynamische Eigenschaften, Oberflächenmorphologie, Zusammensetzung)
- chemische, mineralogische und isotopische Zusammensetzung der flüchtigen und festen Stoffe des Kometenkerns
- physikalische Eigenschaften und Wechselbeziehungen der flüchtigen und festen Stoffe im Kometenkern
- Erforschung der Entwicklung der Kometenaktivität und der Prozesse in der Deckschicht des Kernes und der inneren Koma (Staub/Gas-Wechselwirkung)
- Untersuchung der allgemeinen Charakteristika der Asteroiden, einschließlich der Ermittlung der dynamischen Eigenschaften, der Oberflächenmorphologie und des Aufbaus
Die ‚Orbiter‘-Nutzlast besteht aus zwölf Experimenten, deren Aufgabe es ist, den Kometenkern und die ihn umgebende Gas- und Staubwolke zu untersuchen. Die ‚Lander‘-Nutzlast bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die Kernoberfläche und die darunterliegenden Strukturen aus unmittelbarer Nähe zu analysieren. Die obere Tabelle zeigt die Experimente des Rosetta-Orbiters und die untere Tabelle zeigt die Nutzlast des Landers.
Experimente
| Radio Science | |
|---|---|
| RSI | Radio Science verwendet das Telekommunikationssystem der Raumsonde, einen ultrastabilen Oszillator (USO) in zwei Frequenzen (S-band Downlink, 2.3 GHz; X-band Up- and Downlink, 8.4 GHz) zur Untersuchung des Kometenkerns, der Koma und der Asteroiden |
| Fernerkundung | |
| OSIRIS | Hochauflösende Kamera (250 – 1000 nm) |
| ALICE | UV-Spektrometer (0,7 – 205 nm) |
| VIRTIS | Spektrometer im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich |
| MIRO | Mikrowellen-Spektrometer (1,3 mm and 0,5 mm) |
| Analyse der Zusammensetzung | |
| ROSINA | Neutralgas- und Ionenmassenspektrometer |
| COSIMA | Staub-Massenspektrometer |
| MIDAS | Staub-Mikroskop |
| Großskalige Struktur des Kometenkerns | |
| CONSERT | Kern Tomographie |
| Staub-Massenverteilung und -Massenfluß | |
| GIADA | Staub-Detektor |
| Kometen Plasmaumgebung und Wechselwirkung mit dem Sonnenwind | |
| RPC | Plasma-Analyse |
Rosetta Lander Philae Nutzlast
| Rosetta Lander – Philae | |
|---|---|
| APX | α-Teilchen- und Röntgendetektor |
| Proben- entnahme | – |
| COSAC | Gas Analyse und elementare, bzw. molekulare Zusammensetzung |
| MODULUS Ptolemy | Gas Analyse und Isotopen-Zusammensetzung |
| ÇIVA ROLIS | Rosetta Lander Kameras |
| SESAME | Materialanalyse |
| MUPUS | Materialanalyse |
| ROMAP | Magnetometer und Plasmaanalyse |
| CONSERT | Tomographie des Kerns |
Weitere Informationen auf der ESA-Seite