Reise in Raum und Zeit

Dawn - mit Ionenantrieb zu fernen Asteroiden

Neue Grenzen erforschen, reisen zurück in Raum und Zeit, zu den Anfängen unseres Sonnensystems - mit der Mission Dawn wird das fast Unmögliche möglich. Der Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter birgt viele Geheimnisse, die uns Aufschluss über unsere Anfänge geben könnten.

Nach heutigem wissenschaftlichem Stand ist der Asteroidengürtel ein Überrest aus der Entstehungszeit unseres Sonnensystems, in der sich keine größeren Planeten aufgrund der Gravitationswirkung des Jupiters bilden konnten. In ihm tummeln sich Myriaden kosmischer Planetoiden und Asteroiden (Siehe: Myriaden kosmischer Zeitbomben tummeln sich zwischen Mars und Jupiter), die gleichzeitig auch die Grenze zwischen den inneren und äußeren Planeten markieren. Durch ihre Wechselwirkung mit den Planeten und die Konservierung von Urmaterie besitzen diese kleinen Körper eine große Bedeutung: Indem mit dieser Mission zwei sehr unterschiedliche Planetoide, Ceres und Vesta erforscht werden, erhofft man sich mehr Aufschluss über wichtige Bausteine und Prozesse, die zur Entstehung unseres Sonnensystems führten.

Dawn - Flug in das Herz des Asteroidengürtels

Nun ist es endlich soweit, nachdem diese Mission schon mehrfach aufgrund technischer Probleme verschoben wurde, so dass schon zu befürchten war, dass diese Mission nicht mehr durchgeführt wird, stehen nun alle Zeichen auf grün. Am 30 Juni (das Startfenster reicht bis 19. Juli) soll die Sonde Dawn in doppelter Mission mit einer Delta-Rakete von Cape Canaveral starten, um eine lange Reise zu zwei Himmelskörpern anzutreten: Vesta und Ceres.

Dawn will in 4 Jahren Vesta erreicht haben und dann im Jahre 2015 Ceres. Diese zählen zu den ältesten und massivsten Asteroiden in unserem Sonnensystem. Dawn wird beide umkreisen und umfassend die Gestalt der Körper, Größe, Masse, Oberflächenstruktur, internen Struktur, Zusammensetzung, Dichte und magnetische Eigenschaften vermessen.

Die Sonde benutzt kein konventionelles chemisches Triebwerk sondern ein Ionentriebwerk (in dieser Mission werden insgesamt drei Xenon-betriebene Ionentriebwerke eingesetzt), das zwar weniger Schub entwickelt und mehr Zeit in Anspruch nimmt, dafür aber wesentlich effizienter ist. Dieser Antrieb wurde auch schon erfolgreich bei Deep Space 1 eingesetzt. Mit dieser Technik kann Dawn ihre Bahn soweit ändern, dass sie zu beiden Asteroiden Vesta und Ceres fliegen und diese aus einer Umlaufbahn heraus untersuchen kann.

Links eine Aufnahme von Vesta mit dem Hubble Space-Teleskop im Mai 1996 als der Planetoid 177 Millionen Kilometer von der Erde entfernt war. Eine computergenerierte Version des Asteroiden befindet sich oben rechts, von diesem wurde ein grobes topographisches Modell abgeleitet (unten). Bild: NASA/ESA

Wenn man alle Planetoide im Asteroidengürtel zusammen nehmen würde, käme ein Körper mit einem Durchmesser von etwa 1500 Kilometer heraus. 26 bekannte Planetoide sind größer als 200 Kilometer. Zudem kennt die Wissenschaft knapp 99% der Planetoide, die größer als 100 Kilometer sind, und es gibt vermutlich buchstäblich Millionen von diesen kleinen Körpern, die einen Durchmesser größer als einen Kilometer aufweisen.

Sie sind Zeugen und Ergebnis der Entwicklungsgeschichte unseres Sonnensystems. Eine der außergewöhnlichsten Eigenschaften der Planetoiden ist, dass diese zu einem kleineren Teil über eigene Monde verfügen, wie zum Beispiel der kartoffelförmige Asteriod Ida mit einer Größe von 58 x 23 Kilometer und seinem kleineren Begleiter Dactyl (Durchmesser ca. 1,5 km).

Die wichtigste Frage, die mit dieser Mission beantwortet werden soll, ist die, welche Rolle die Größe und das Wasser in der Entwicklung eines Planeten spielen. Mit Ceres und Vesta sind zwei Asteroiden ausgesucht worden, die auf Grund ihrer Größe und Entwicklungsgeschichte dafür prädestiniert sind. Ceres ist mit einem mittleren Durchmesser von 950 km der größte Asteroid des Hauptgürtels und Vesta mit 530 km der drittgrößte. Die besondere Größe von Ceres wird auch dadurch deutlich, dass er allein ca. 1/3 der Gesamtmasse dieses Gürtels auf sich vereint. Während Ceres alle 4,6 Jahre einmal um die Sonne kreist, beträgt die Umlaufzeit von Vesta 3,2 Jahre.

Sie sind beide sehr unterschiedlich in ihrer Zusammensetzung. Ceres ist ein sehr ursprünglicher Asteroid, der sich im Gegensatz zu Vesta nicht über das Anfangsstadium hinaus weiterentwickeln konnte. Er ist aus einfachen, zum Teil wasserhaltigen Mineralien aufgebaut und man vermutet eine schwache Atmosphäre. Vesta ist ein eisenreicher Planetoid, sehr trocken und reich an schweren Mineralien. Seine Oberfläche besteht aus Vulkangestein.

Flugbahn von Dawn. Nach über vier Jahren gibt es das erste Rendezvous mit Vesta. Dort wird die Sonde für etwas mehr als ein halbes Jahr die grundlegende Struktur und den Aufbau von Vesta studieren. Dann verlässt er diese Umlaufbahn, um sich auf den Weg zu Ceres zu begeben, dort wird er im Februar 2015 ankommen. Sollte die Technik bis dahin problemlos laufen, könnte Dawn zusätzlich mit der weiteren Erforschung des Asteroidengürtels fortfahren. Bild: NASA

Dawn verfügt über 4 Experimente sowie ein passives Experiment. Das Gesamtgewicht der Instrumente beträgt 35.25 kg.

  1. Framing Camera Diese von dem deutschen Max Planck Institut für Sonnensystemforschung (MPS gemeinschaftlich mit der DLR (Institut für Planetenforschung) entwickelte Kamera soll über 5000 Bilder von Vesta und Ceres anfertigen. Die Kamera besteht aus einem Teleskop mit strahlengehärteten Linsen. Die Brennweite beträgt 150 mm und die Öffnung beträgt 18.75 mm (f/D = 8). Detektor ist ein 1024 x 1024 Pixel Frame-Transfer CCD mit einer Pixelgröße von 14 Mikrometern. Das Blickfeld beträgt 5,5 Grad und die Auflösung 93 Mikrorad (entsprechend 9,3 m aus 100 km Entfernung).
  2. Gamma Ray and Neutron Detector GraND Dieses Instrument soll die Verteilung der Mengenelemente O, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Fe, der Spurenelemente H, C, N, Gd, Sm und der radioaktiven Elemente K, Th, U auf den beiden Planetoiden bestimmen und eine Karte der Vorkommen jedes Elements anfertigen. Der Neutronendetektor kann auch das Vorkommen von Wasserstoff (d.h. bei Planetoiden-Wasser) nachweisen, sofern dieses gebunden im Gestein vorkommt. Gammastrahlen erlauben es den Wassergehalt auf 3 % genau festzustellen, während der Neutronendetektor noch Wasserspuren von 0.02 % feststellen kann.
  3. Visible and IR Spektrometer (VIR)Das VIR ist ein Nachfolger des VIRTIS-Spektrometers und wurde vom italienischen Istituto Nazionale di Astrofisica (NAF) gebaut. Es verfügt über zwei Kanäle im sichtbaren und im infraroten Spektralbereich. Die primäre Aufgabe von VIR ist es die Oberflächenzusammensetzung zu bestimmen. Es soll auch nach Mineralien suchen, welche Wasserhaltig sind sowie nach einer dünnen Atmosphäre Ausschau halten und gegebenenfalls deren Zusammensetzung bestimmen.
  4. GSFC Laser Altimeter (GLA)GLA soll die Topographie von Ceres und Vesta bestimmen.
  5. Radio ScienceMan benutzt dazu den 100-Watt-Sender der Raumsonde und verfolgt auf der Erde, wie sich die Sendefrequenz verändert (Dopplereffekt). Man kann daraus die Masse von Ceres und Vesta bestimmen, ihre Dichte und Rotationsperiode, aber auch Informationen über den inneren Aufbau.
INAF: Wer Lust hat, kann mit seinen Kindern ein eigenes Model von Dawn zusammenbauen.

(Petra Vitolini Naldini)

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