Pluto – Am Ende unseres Sonnensystems [4/6]

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 Inhalt der Pluto/New Horizons Reihe

In insgesamt 6 Episoden soll auf den Webseiten der Rieser Sternfreunde die Mission der Raumsonde New Horizons zum letzten Planeten unseres Sonnensystems Pluto vorgestellt werden (korrekt ist seit 2006: Zwergplanet, aber Planet hört sich doch noch etwas wertiger an). Zur Übersicht hier die Inhalte der einzelnen Episoden (mit Links zum jeweiligen Bericht):

1) New Horizons – Prolog, Vorgeschichte und Planung

2) New Horizons – Die Technik 1

3) New Horizons – Die Technik 2

4) New Horizons – Die wissenschaftlichen Instrumente (aktueller Bericht)

5) Das Warten hat ein Ende – Die Reise ans Ende unseres Sonnensystems

6) Aus interplanetar wird interstellar!

 

New Horizons – Die Instrumente

New Horizons führt sieben wissenschaftliche Instrumente mit sich. Sehr detailliert erläutert werden diese auf der New Horizons-Webseite (http://pluto.jhuapl.edu/spacecraft/sciencePay.php). Bevor wir hier ins Detail gehen, sollte noch angemerkt werden, dass von den 478 Kilogramm (irdischen) Sondengewichts lediglich etwa 30 Kilogramm auf die wissenschaftlichen Beobachtungs- und Messgeräte entfallen. Der große Rest ist der Sonde selbst mit Raketenmotoren, Treibstoff, Antennen, Lage- und Steuerungsinstrumenten und der Struktur selbst geschuldet.

Ralph

Ralph ist das schwerste der sieben Instrumente (10,3 kg, Stromverbrauch 6,3 Watt) und besteht aus einem 3″ (7,5 cm) Spiegelteleskop mit zwei adaptierten CCD-Kamerasystemen. Das Teleskop selbst ist ein Schiefspiegler mit 3 Spiegeln die einen gefalteten Strahlengang ohne Obstruktion ermöglichen. Die Kamerasysteme dienen der Kartierung der Oberfläche von Pluto und Charon (Auflösung von 250 Meter/Pixel) und der Erforschung der Oberflächenzusammensetzung beider Himmelskörper.

Dazu wird mit der MVIC – Multispectral Visible Imaging Camera – im optischen Bereich (400-975 nm) und mit LEISA – Linear Etalon Imaging Spectral Array – im infraroten Bereich (1,25-2,25 µm) aufgenommen.

nh_ralphRALPH

LORRI

RALPH wird ergänzt durch LORRI, dem Long-Range Reconnaissance Imager für hochauflösende Aufnahmen. LORRI nutzt hierfür ein 20,8 cm Spiegelteleskop mit einer Fokuslänge von 2630 mm. Der Aufbau des Teleskops ist sehr einfach und verfügt über keinerlei beweglicher Teile – eine sehr genaue Ausrichtung des Teleskops ist daher unabdingbar. LORRI verfügt auch über keine Heizung, weshalb bei seiner Entwicklung darauf geachtet wurde, dass es auch bei Temperaturen unter minus 170 Grad arbeiten kann.

LORRI macht nur monochromatische (schwarz-weiß) Aufnahmen im Wellenlängenbereich von 350-850 nm. Dafür ist die Auflösung von LORRI beeindruckend: 4,95 µrad oder 0,000283 Grad, was auf 100.000 km etwa 495 Meter entspricht. Für den Vorbeiflug an Pluto wird mit einer Auflösung von 40-50 Meter pro Pixel gerechnet.

nh_lorriEinbau des LORRI – Long Range Reconnaissance Imager

LORRI wird 120 Tage vor dem closest encounter, also dem eigentlichen Vorbeiflug, in Betrieb genommen. 90 Tage vor dem Vorbeiflug wird die Auflösung von LORRI die des Weltraum-Teleskops Hubble übertreffen und wir werden ab Mitte April 2015 mit jedem Tag bessere Bilder von Pluto erhalten.

ioVulkan Tvysthar auf dem Jupitermond Io (aufgenommen von LORRI am 01.05.2007 aus 2,4 Millionen Kilometer Entfernung – dem Zeitpunkt der größten Annäherung an Jupiter)

nh_lorri_looks_backLORRI looks back (24.06.2010)

Alice

Alice steht für An Ultraviolet Imaging Spectrometer und dient der Erforschung der Atmosphäre von Pluto. Alice besteht aus einem abbildenden UV-Spektrometer das im Wellenlängenbereich von 90-180 nm arbeitet (fernes und extremes UV Licht). Mit seinen zwei Betriebsmodi kann Alice direkte UV-Emissionen der Atmosphäre messen (airglow mode) und durch Blick auf einen entfernten Stern oder die Sonne durch die Atmosphäre von Pluto (occultation mode) deren Zusammensetzung, Druck und Temperatur (Höhenauflösung 10 km, Genauigkeit 0,1 Nanobar) bestimmen.

REX

Das Radio Experiment REX dient wie Alice der Erforschung der Atmosphäre von Pluto. Dazu werden nach dem Vorbeiflug an Pluto durch das Deep Space Network Signale an New Horizons gesendet, die Plutos Atmosphäre durchqueren und von der Hauptantenne der Sonde empfangen werden. Beim Durchqueren der Atmosphäre werden die Signale in ihrer Frequenz, Phasenlage und Amplitude verändert, was Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der (unteren) Atmosphäre zulässt (Temperatur bis auf 0,1 Grad und Druck bis auf 0,1 Mikrobar genau). Des Weiteren möchte man mit diesen Daten Informationen über die Masseverteilung von Pluto und Charon erhalten.

Erstmals wendet man diese Technik im Uplink an, da man so auf der Erde ein sehr starkes Signal generieren kann. Bei früheren Missionen wurde immer der Downlink-Weg eingeschlagen, verbunden mit dem Nachteil, dass die Sender in den Raumsonden nur Signale von geringer Stärke erzeugen konnten (die zur Verfügung stehenden „Ressourcen“ auf der Erde sind nun mal um einiges größer).

SWAP

Der Solar Wind Analyzer around Pluto soll geladene Teilchen aus der Atmosphäre Plutos, die vom Sonnenwind mitgerissen werden, detektieren. Damit werden weitere Daten über Plutos Atmosphäre gesammelt und der Sonnenwind in dieser Entfernung zu Sonne studiert. Aus den Ergebnissen sollen auch Rückschlüsse über die Verlustrate der Atmosphäre durch den Sonnenwind möglich sein – vermutet wird eine Verlustrate von 75 kg während des Periheldurchgangs (größte Annäherung an die Sonne … 29,658 Astronomische Einheiten oder 4,43 Milliarden km).

nh_swapSWAP – Solar Wind Analyzer around Pluto

PEPPSI

Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation – dieser umständlich klingende Name steht für ein Spektrometer, das energiereiche Teilchen oberhalb des Messbereichs von SWAP erfasst. In einem hochvoltigen elektrischen Feld werden über die Ablenkung des Teilchenstroms Energie und Geschwindigkeit von Elektronen, Protonen und Ionen gemessen. Die Messergebnisse sollen in Zusammenwirken mit SWAT weitergehende Rückschlüsse auf die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Atmosphäre ermöglichen.

Venetia/SDC

Der Venetia Burney Student Dust Counter ist ein ausschließlich von Studenten der Universitiy of Colorado entwickeltes wissenschaftliches Experiment, das Staubpartikel im interplanetaren Raum außerhalb der Umlaufbahn von Uranus messen soll. Lediglich die Qualitätssicherung wurde durch die NASA durchgeführt.

Der seltsam anmutende Name geht zurück auf die Britin Venetia Burney Phair, die 1930 vorgeschlagen hatte, den kurz zuvor von Clyde Tombaugh entdeckten Planeten „Pluto“ zu nennen.

Der Venetia SDC kann Teilchen von mehr als 10^-12 Gramm Gewicht und 0,5 Mikrometer Durchmesser detektieren. Das Instrument besteht aus einer 46 × 30 cm großen Detektorplatte, die auf der Außenhaut der Sonde angebracht ist, und einer Elektronikbox im Inneren der Sonde.

nh_venetiaDer eigentliche Detektor von Venetia


Anordnung der Instrumente an der Raumsonde

nh_instruments022 Darstellungen der Instrumentenanordnung (oben private Webseite gak.it, unten NASA)
nh_instruments01

 

Im fünften Teil der New Horizons Reihe wird endlich „geflogen“ – Die Missionsbeschreibung vom Start in 2006 bis heute.

Es ist der 28. Januar 2015 – bis zum Encounter es sind noch 167 Tage!

Bleiben Sie dran 🙂 !

year_of_plutoEs wird das Jahr von Pluto – Ausschnitt eines Filmplakats der American Geophysical Union – AGU

 

Quellen (es ist klar, dass die Bilder und Daten nicht aus meinem Fundus kommen, sondern aus verschiedensten Quellen der Literatur und des Internets stammen – daher hier und auf jeder Seite einfach eine vollständige Liste der Informations- und Bildquellen):

  • http://de.wikipedia.org/wiki/New_Horizons (die Universalquelle)
  • http://www.bernd-leitenberger.de/new-horizons1.shtml (die meiner Ansicht nach beste und fundierteste deutsche Informationsquelle)
  • http://www.dmuller.net/spaceflight/realtime.php?mission=newhorizons&mode=scet (New Horizons Real-Time Simulation)
  • http://pluto.jhuapl.edu/index.php (offizielle New Horizons Website)
  • http://space.jpl.nasa.gov/ (Solar System Simulator – zur Darstellung der Planeten/New Horizons Positionen)
  • http://plutoids.eu/index.php?page=281 (Deutsche Webseite zu New Horizons)
  • http://www.boulder.swri.edu/pkb/ssr (offizielle Instrumenten- und Missionsbeschreibungen im pdf-Format)
  • Kosmos Himmelsjahr 2015, Hans-Ulrich Keller, Kosmos Verlag

zusätzliche Bildquellen dieser Seite

  • http://www.nasa.gov/images/content/137986main_Ralph_lg.gif (RALPH)
  • http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:New_Horizons_LORRI.jpg (LORRI)
  • http://pluto.jhuapl.edu/gallery/sciencePhotos/pics/050107_02.jpg (Tvysthar auf IO)
  • http://pluto.jhuapl.edu/gallery/sciencePhotos/pics/20100727_LORRILooksBack_lg.jpg (LORRI looks back)
  • http://en.wikipedia.org/wiki/New_Horizons#mediaviewer/File:New_Horizons_SWAP.jpg (SWAP)
  • http://lasp.colorado.edu/sdc/images/gallery/detector-assembly_big.jpg (Venetia)
  • http://gak.it/immagini/eventi/missioni/plutone/new_horizons/newhorizons_instruments.jpg
  • http://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/spacecraft/index.html
  • http://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20141217.php