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New Horizons

Forschungsmission zu neuen Horizonten
NASA verkündet neue Horizonte
Am 19. Januar 2006 startete vom US-amerikanischen Weltraumbahnhof Cape Canaveral die ambitionierte Mission New Horizons zum Zwergplaneten Pluto. Das ferne Objekt wurde erst 1930 entdeckt und seither von noch keiner Raumsonde besucht. Nach ihrer neunjährigen Reise an den Rand unseres Sonnensystems soll New Horizons Pluto, seine Begleiter Charon, Nix und Hydra sowie andere Objekte im Kuiper-Gürtel genauer erforschen.
SwRI, NASA
Echtfarbenfoto mit groben Oberflächendetails auf Pluto – das Bild wurde basierend auf Helligkeits- Veränderungen während Bedeckungen durch Charon berechnet
Stellen Sie sich die Sonne in einem Model mit nur 2,5 Zentimeter Durchmesser vor - die Erde hätte mit entsprechenden 0,25 Millimetern gerade Staubkorngröße und befände sich ungefähr 3 Meter von der Sonne entfernt. Der gewaltige Jupiter, etwa 15 Meter von der Sonne entfernt, besäße mit 2,5 Millimetern Durchmesser bereits Stecknadelkopfgröße, der etwas kleinere Saturn wäre fast 30 Meter entfernt. Die äußeren Gasplaneten Uranus und Neptun würden die Sonne in einer Distanz von 60 und 90 Metern umrunden.

Der eisige Zwergplanet Pluto umrundet die Sonne auf einer exzentrischen Bahn, befindet sich also zeitweise näher und zeitweise weiter von ihr entfernt. Im Schnitt befände sich Pluto in diesem Modell rund 120 Meter entfernt von der Sonne. Im Moment ist er jedoch nur wenig weiter entfernt als der Planet Neptun. Das Licht würde sich in diesem Modell mit einer Geschwindigkeit von 6 Millimetern pro Sekunde ausbreiten. Demnach würde es mehr als 4 Stunden dauern, bis ein Lichtimpuls von der Sonne den Pluto erreicht hätte. Unser Nachbarstern - Proxima Centauri - wäre hier 740 Kilometer entfernt.

Diese Modellvorstellung vermag möglicherweise zu verdeutlichen, welche hohen Ziele sich die NASA mit der Mission New Horizons gesetzt hat. Nach neun Jahren Reisezeit wird die Sonde den fernen Pluto erreichen, um diesen erstmals aus der Nähe zu erforschen. Um eine entsprechend hohe Reisegeschwindigkeit zu erreichen, musste New Horizons mit einer besonders kräftigen Atlas-5-Rakete in den Weltraum befördert werden. Die Rakete wurde zu diesem Zweck erstmals mit fünf Feststoff-Boostern ausgestattet.
Express-Reise an den Rand des Sonnensystems
Pluto & Charon
NASA / STScI
errechnete Helligkeitsverteilung auf Plutos Oberfläche
Nachdem die Sonde die Erde mit 60.000 km/h verlassen hatte, durchquerte sie die Mondumlaufbahn bereits neun Stunden später. Sie wird in Folge die Marsumlaufbahn hinter sich lassen, den Asteroidengürtel durchfliegen und Jupiter nach nur 13 Monaten erreichen. Während des Vorbeiflugs am gewaltigen Gasplaneten Anfang 2007 wird die Sonde weitere Bahngeschwindigkeit erhalten und erstmals ihre sechs Bordinstrumente testen können. Durch die Nutzung dieses Swing-by-Manövers kann die Mission ganze 5 Jahre Reisezeit einsparen. Tatsächlich wird die Mission mehr wissenschaftliche Daten aus dem Jupitersystem liefern, als beim eigentlich antizipierten Pluto-Vorbeiflug.

Während der verbleibenden achtjährigen Reise zum Pluto wird New Horizons seine Hochleistungsantenne auf die Erde ausrichten und in eine Art elektronische Tiefschlaf-Phase versetzt. Die Sonde wird dann nur noch einmal jährlich reaktiviert werden, um regelmäßige System-Checks durchzuführen.
Die Erforschung Plutos
David A. Aguilar
Pluto und Charon von einem der beiden kleinen Plutomonde aus betrachtet – dieses System wird New Horizons im Sommer 2015 durchfliegen
New Horizons ist ausgerüstet mit leistungsstarken Kamerasystemen, um die von der Sonne beschienene Seite Plutos abzulichten, einem Staubkollektor, und Spektrometern, um die Umgebung, Oberfläche und dünne Atmosphäre des Planeten zu charakterisieren. Die Sonde wird diese Geräte im Juli 2015 zum Einsatz bringen, wenn sie in einer Entfernung von knapp 9.000 Kilometern und mit einer Geschwindigkeit von 50.000 Kilometern pro Stunde an Pluto vorüberzieht.

Pluto entfernt sich derzeit auf seiner elliptischen Umlaufbahn fortschreitend von der Sonne. Wissenschaftler gehen aufgrund von Beobachtungs-Ergebnissen der vergangenen Jahre davon aus, dass die Oberflächentemperatur des Zwergplaneten von derzeit 40 Grad über dem absoluten Nullpunkt in den kommenden Jahren so weit abnimmt, dass die dünne Atmosphäre vollständig ausfrieren und somit verschwinden könnte. Möglicherweise wird New Horizons die letztmalige Gelegenheit innerhalb der kommenden 200 Jahre erhalten, eine dünne Gashülle um Pluto nachzuweisen.
Weitere Reise durch den Kuiper-Gürtel
2003 UB313 - dieser auch häufig als 10. Planet bezeichnete Eisbrocken wurde 2005 entdeckt und umrundet die Sonne innerhalb des Kuiper-Gürtels – New Horizons soll wenigstens ein solches Objekt ansteuern
Nach der kurzen, aber intensiven Beobachtung des Pluto-Systems wird sich New Horizons ohne Zwischenhalt weiter in den Kuiper-Gürtel hinein bewegen - eine entfernte Zone, die zahlreiche eisige Körper enthält, die die Sonne noch weit hinter dem Plutoorbit umrunden. In diesem Bereich des Sonnensystems vermuten die Forscher weitere Objekte, die sogar größer als Pluto sein könnten.

Mit Eris (2003 UB313) wurde im Sommer 2005 ein solches Objekt entdeckt. Die ferne Welt wurde erstmals am 21. Oktober 2003 gesichtet, konnte aber erst 15 Monate später wieder aufgefunden werden. Seitdem ist bekannt, dass sich das Objekt in einer Entfernung von 35 bis 97 A.E. (mehr als der doppelten Pluto-Entfernung) in einer um 44° geneigten stark exzentrischen Bahn um die Sonne bewegt.

New Horizons soll mindestens ein solches Objekt anfliegen und aus der Nähe beobachten. Danach wird sich die Sonde weiter aus dem Sonnensystem entfernen und neben den Voyager- und Pioneer-Sonden das fünfte von Menschenhand gebaute Objekt sein, das unser Sonnensystem verlässt.

Es ist wohl bemerkenswert, dass der Astronom Clyde Tombaugh Pluto erst im Jahr 1930 entdeckte und die Menschheit es daraufhin innerhalb von 76 Jahren, also nur einer einzigen Generation über technische Fortschritte erreicht haben wird, diese Ferne Welt auch mit einer Forschungssonde zu erreichen.
Radioisotopen-Generator
Die Raumsonde bezieht ihre Energieversorgung aus einem sehr zuverlässigen thermoelektrischen Radioisotopen-Generator. Der Einsatz von Solarzellen ist ungeeignet für eine Mission, die solch große Distanzen zur Sonne erreicht. Pluto befindet sich mehr als 30 Mal so weit entfernt von der Sonne wie die Erde. Die dort ankommende Sonnenstrahlung entspricht also nur noch etwa 1/900 der auf der Erde ankommenden Energiemenge - das Zentralgestirn erscheint vom Pluto aus betrachtet daher nur noch als besonders heller Stern. Man würde also besonders große Kollektoren benötigen, um in dieser großen Entfernung die geringe Sonnenstrahlung zur Energiegewinnung nutzen zu können.

Der Generator nutzt die beim radioaktiven Zerfall von Plutonium-238-Dioxid frei werdende Hitze und verwandelt diese in Elektrizität. Zu Beginn erzeugt der Generator eine Leistung von 240 Watt. Bis zur Ankunft im Pluto-System wird diese Leistung auf 200 Watt herabgesunken sein - genug, um die Instrumente an Bord, die jeweils 2 bis 10 Watt verbrauchen, voll funktionsfähig zu halten.

In der Vergangenheit konnten sich ähnliche Generatoren in sämtlichen NASA-DeepSpace-Missionen, wie den Pioneer- und Voyager-Sonden, der Ulysses-Sonnenbeobachtungsmission und dem Galileo-Orbiter im Jupiter-System bewähren. Auch die Cassini-Sonde, die den Saturn und seine Monde erforscht, besitzt ein solches Energieversorgungssystem.
Wissenschaftliche Ausrüstung
NASA
Künstlerische Darstellung der Sonde New Horizons im Pluto-System
Alice: UV-Spektrometer für die Erforschung der Struktur und Zusammensetzung der Atmosphäre und dem möglichen Vorhandensein eine Ionosphäre und Pluto und Spuren einer Atmosphäre um Charon

Ralph: Teleskop/Kamera-System mit einer Multispektralkamera für sichtbares Licht mit sieben Schwarz/Weiß- und Farb-CCD-Detektoren und einem Infrarot-Kanal für spektroskopische Studien. Die Kamera kann unter besonders lichtschwachen Verhältnissen hochwertige Bilder anfertigen und wird die Oberflächen der Objekte im Pluto-System abbilden.

REX: Radiowellen-Experiment, das nach dem Vorbeiflug anhand gemessener Veränderungen der von der Erde ausgehenden Radiowellen Rückschlüsse auf atmosphärische Eigenschaften zulassen wird.

LORRI: Teleskopische Kamera, die zur Anvisierung und Navigation genutzt werden wird, sowie hoch auflösende Fotos von Oberflächendetails anfertigen wird. Schon 90 Tage vor dem Pluto-Vorbeiflug wird das Gerät Bilder liefern, die 10.000 Mal schärfer sind, als heutige Bilder des Hubble Space Telescope.

SWAP: Gerät zur Erforschung der Interaktion Plutos mit dem Sonnenwind.

PEPSSI: Gerät zur Erforschung der Atmosphäre und von Partikeln, die aus der Plutoatmosphäre herausströmen.

SDC: Studentisches Langzeit-Forschungsgerät zur Beobachtung von interplanetarem Staub auf der Reise zum Pluto.

Die von den Geräten gewonnenen Daten werden auf zwei redundanten 8-Gigabyte-Speichern abgelegt und später zur Erde übermittelt. New Horizons besitzt zwei kleinere Kommunikationsantennen, die genutzt werden, wenn sich die Sonde noch recht nahe der Erde befindet, sowie eine mittelgroße und eine Hochleistungs-Parabolantenne zur Übertragung von großen Datenmengen über weite Distanzen. Mit einer Transmissionsrate von 700 bits pro Sekunde wird die Übertragung aller Informationen nach dem Pluto-Vorbeiflug ganze neun Monate dauern.

New Horizons ist ein gemeinsames Projekt der US-amerikanischen Weltraumorganisation NASA, dem Southwest Research Institute und der John Hopkins Universität.
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