01.10.2001 / Autor: Christian Ackermann Raumfahrt > Raumsonden

Die Stardust-Mission

Die amerikanische Raumsonde Stardust bringt erstmalig Kometenmaterie zur Erde, um eingehende Untersuchungen der Zusammensetzung dieser Boten aus den Frühzeiten unseres Sonnensystems zu ermöglichen.



Die Raumsonde Stardust vor dem Start. Deutlich ist auf diesem Foto am oberen Ende der Raumsonde die Wiedereintrittskapsel zu sehen, die eine aus so genanntem Aerogel bestehende Schicht enthält, in der Kometenstaub eingefangen werden soll.
(Foto: NASA/JPL)
Den Ursprung unserer Welt zu erkunden ist eines der lange gehegten Ziele vieler Menschen. Wir wissen, daß unser Planet mehrere Milliarden Jahre alt ist, über die Bedingungen die in der Ära seiner Entstehung herrschten, sind unsere Kenntnisse größtenteils spekulativ. Von Kometen wird vermutet, dass sie aus der Urmaterie unseres Sonnensystems kondensierten, im Gegensatz zu den Planeten aber keine weiteren Veränderungen über die Zeit erfahren haben. Erkenntnisse über die substantielle Zusammensetzung kometarer Materie zu gewinnen, könnte folglich zum Verständnis der Bedingungen im frühen Sonnensystem beitragen.

Diesem Zweck ist die am 07. Februar 1999 gestartete Stardust-Mission der NASA gewidmet. Stardust soll zum ersten Mal Materie von einem Kometen zur Erde verbringen. Als typische Mission des Discovery-Programms zur Erkundung des Sonnensystems mit preiswerten, kurzfristig entwickelten Sonden, verzichtet man dabei auf die aufwendige Landung eines Probensammlers auf einem Kometenkern. Statt dessen soll Stardust bei einer nahen Passage in nur 150 km Abstand zum Kometen Wild 2 Materie aufsammeln, die von diesem freigesetzt wurde.

Als Agglomerationen gefrorener Gase mit festen Partikeln umkreisen Kometen die Sonne auf gewöhnlich stark elliptischen Umlaufbahnen. Befindet sich ein Komet in Sonnennähe, so wird er von deren Strahlung erwärmt, das Eis oberflächennaher Schichten sublimiert und reißt dabei feste Partikel mit sich in den Raum.



Aerogel mit eingefangenen Partikeln (Bild: NASA/JPL)
Wild 2 und Stardust werden sich bei ihrer Begegnung am 02. Januar 2004 mit 6,1 km/s zueinander bewegen, der Kometenstaub wird folglich mit erheblicher Geschwindigkeit auf den Raumflugkörper niedergehen. Zum Schutz vor Beschädigung ist Stardust mit einer breiten Phalanx gestaffelter Schutzbleche ausgestattet, an denen Kometenpartikel restlos verdampfen. Andererseits muß aber natürlich gewährleistet werden, daß ein Teil der Partikel möglichst intakt und chemisch unverändert für eine Analyse auf der Erde erhalten bleibt. Die Lösung dieses Problems heißt "Aerogel", eine leicht bläuliche, glasige Substanz auf Siliziumbasis, die zu 99 Prozent aus Luft besteht. Aerogel ist in der Lage, auftreffende Partikel schonend abzubremsen, ohne dass sie dabei verdampfen. Die Probensammlung erfolgt mit einem Kollektor aus 130 2 × 4 cm großen, 3 cm dicken Aerogel-Stücken, der bei Bedarf in exponierte Stellung gefahren werden kann. Wenn Stardust dann am 15. Januar 2006 erneut auf die Erde trifft, wird der Kollektor abgekoppelt, von einer Wiedereintrittskapsel geschützt in die Erdatmosphäre eintreten um weich auf einem Areal der amerikanischen Streitkräfte im US-Bundesstaat Utah niederzugehen. Die Sonde selbst verbleibt im Orbit um die Sonne.

Neben dem Staubkollektor führt Stardust noch weitere wesentliche Instrumente an Bord mit:

- Ein Staub-Analysator für Partikel interstellaren und kometaren Ursprungs, im Wesentlichen ein Massenspektrometer das die Ionenzusammensetzung im Gasraum um den Kometenkern, der sogenannten Koma, messen soll. Das Gerät leitet sich aus Exemplaren ab,


Der Komet Halley, aufgenommen 1986 von der europäischen Raumsonde Giotto (Bild: ESA)
wie sie auch durch die ESA-Sonde Giotto und die beiden sowjetischen Vega-Raumflugkörper 1986 zur Untersuchung des Kometen Halley verwendet wurden.

- Ein Staubfluß-Monitor, der Größe und Frequenz eintreffender Partikel bestimmen soll.

- Eine Navigationskamera mit einer Auflösung von 6 m aus 100 km Distanz, mit der auch Aufnahmen des Kometenkerns aus nächster Annäherung gemacht werden sollen, ähnlich wie das nebenstehende Bild des Kometen Halley. Das Gerät besteht aus einem nicht verwendeten Flugmodell der Weitwinkelkamera, die für die Voyager-Sonden 1977 gebaut wurde, einem Sensorkopf der Galileo-Jupitersonde von 1989 und einer modernen CCD mit 1024 × 1024 Pixel Auflösung.

Raumsonden die abseits von Planeten operieren, finden in der breiten Berichterstattung gewöhnlich kaum Beachtung. Dennoch gelang es Stardust, im September 2001 zu einer Notiz in den Medien zu kommen, nachdem die Sonde vom viertstärksten solaren Strom geladener Partikel seit 1976 erfaßt worden war. Die Strahlungsdosis überstieg das Normalniveau dabei um das 100.000-fache. Durch die starke elektrische Aufladung wurden zwei Navigationskameras zeitweise unbrauchbar. Als Reaktion versetzte der Bordrechner (der übrigens mit der gehärteten Version eines Power PC-Prozessors ausgestattet ist) Stardust in einen Standby-Modus um Instruktionen von der Erde abzuwarten. Im Verlauf der folgenden Tage baute sich die Ladung der Sonde glücklicherweise wieder ab, so daß sie in den Normalbetrieb zurückkehren konnte.

Momentan befindet sich Stardust noch auf einer relativ engen Bahn um die Sonne. Am 15. Januar 2001 wird sie erneut in nur 5.964 km Abstand an der Erde vorbeiziehen, um durch deren Gravitation auf den Abfangkurs zu Wild 2 umgelenkt zu werden.


Aktualisierung 2004

Das Rendezvous zwischen Stardust und Wild 2 fand wie geplant statt und war ein Manöver wie aus dem Lehrbuch. Die Landung der Wiedereintrittskapsel ist nun für den 15. Januar 2006 geplant.

Hier eine Animation des Rendezvous' und ein Bild des Kometenkerns kurz vor der größten Annäherung:



Rendezvous mit Wild 2. Diese Animation ist aus 25 Einzelbildern zusammengesetzt. (Bild: NASA/JPL)


Wild 2 taucht aus dem Dunkel auf... (Bild: NASA/JPL)


Der Kometenkern im Moment der größten Annäherung:



Bild: NASA/JPL


Im Vergleich mit dem Bild oben erkennt man, dass der Kometenkern nicht rund ist, sondern eine abgeplattete Form hat.

Hier noch ein nachbearbeitetes Bild, das (etwas übertrieben) die sogenannten "Jets" zeigt, die unter der Hitze des Sonnenlichts aus dem Kometenkern ausströmen. Man vergleiche dieses Bild mit dem Bild von Halley weiter oben.



Bild: NASA/JPL

Autor: Axel Orth, 19.10.2004
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