Raumsonde DAWN hat Ceres im Visier

Nach einem Aufenthalt von 14 Monaten bei dem Asteroiden Vesta und einer anschließenden fast zweieinhalbjährigen Weiterreise durch das Weltall befindet sich die Raumsonde DAWN mittlerweile im Anflug auf den Zwergplaneten Ceres, der bereits Anfang März erreicht werden soll. Aktuelle Aufnahmen der Raumsonde enthüllen bereits jetzt erste Details auf der Oberfläche des Zwergplaneten, der in den kommenden Monaten erstmals von einer Raumsonde untersucht werden soll.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, DLR, JPL.

Zwischen den Umlaufbahnen der Planeten Mars und Jupiter befindet sich der Asteroiden-Hauptgürtel unseres Sonnensystems. In einer Entfernung zwischen 2,0 und 3,4 Astronomischen Einheiten zur Sonne befinden sich dort vermutlich mehrere Millionen Asteroiden mit Durchmessern von mehreren hundert Kilometern bis hinunter zu lediglich wenigen Metern.

Die am 27. September 2007 gestartete Raumsonde DAWN schwenkte am 16. Juli 2011 in eine Umlaufbahn um den Asteroiden (4) Vesta ein und untersuchte diesen drittgrößten Himmelskörper im Bereich des Asteroidengürtels anschließend bis zum September 2012 ausführlich mit den drei an Bord der Raumsonde befindlichen wissenschaftlichen Instrumenten. Neben dem im visuellen und infraroten Spektralbereich arbeitenden VIR-Spektrometer und dem Gamma- und Neutronenspektrometer GRAND kam dabei auch ein unter der Leitung von Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entwickeltes und betriebenes Kamerasystem, die aus zwei identischen Optiken bestehende Framing Camera, zum Einsatz.

Nach dem Abschluss dieser Untersuchungen setzte die Raumsonde ihre Reise durch unser Sonnensystem fort und begab sich dabei zu ihrem zweiten Forschungsziel, den ebenfalls im Haupt-Asteroidengürtel gelegenen Zwergplaneten (1) Ceres. 28 Monate später ist dieses nächste Ziel jetzt fast erreicht. Gegenwärtig befindet sich DAWN in einer Entfernung von nur noch etwa 300.000 Kilometern zu Ceres und nähert sich dem Zwergplaneten dabei derzeit – mit einem Ionentriebwerk angetrieben – pro Stunde um weitere 504 Kilometer.

Voraussichtlich am 6. März 2015 wird sich die Raumsonde Ceres so weit genähert haben, dass diese durch die Gravitation des Zwergplaneten ‚eingefangen‘ wird. Anschließend soll DAWN den Zwergplaneten über einen Zeitraum von 16 Monaten umkreisen und dabei aus unterschiedlichen Höhen mit ihren drei Instrumenten erforschen. Durch diese Untersuchungen erhoffen sich die Planetenforscher fundamentale Erkenntnisse über den Aufbau und die Entwicklungsgeschichte des Zwergplaneten, aus denen sich letztendlich auch wichtige Erkenntnisse über die Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems ableiten lassen werden.

Der Zwergplanet (1) Ceres
Ceres wurde bereits am 1. Januar 1801 von dem italienischen Astronomen Giuseppe Piazzi entdeckt und verfügt bei einer kugelähnlichen, leicht abgeplatteten Form über einen Durchmesser von etwa 975 x 909 Kilometern. Planetologen gehen davon aus, dass es sich bei (1) Ceres um einen differenzierten Protoplaneten handelt – eine Art ‚Vorplanet‘, welcher vor etwa 4,5 Milliarden Jahren in einer frühen Phase seiner Entwicklung hin zu einem ‚vollwertigen‘ Planeten stecken geblieben ist und der – vergleichbar mit dem inneren Aufbau der terrestrischen Planeten – über einen geschichteten Aufbau verfügt.

Um einen Kern, in dem sich Silikate und Metalle angesammelt haben, befindet sich demnach ein mehrere Kilometer dicker und kompakter Mantel aus Wassereis. Unter dieser dicken Eiskruste könnte sich eventuell sogar ein Ozean aus flüssigem Wasser verbergen. Über dem Eismantel ist dagegen eine dünne Materialschicht abgelagert, welcher die sichtbare Oberfläche des Zwergplaneten darstellt. Radarmessungen und Beobachtungen mit verschiedenen Teleskopen haben zu dem Schluss geführt, dass die Oberfläche von Ceres offenbar weitflächig mit einer Schicht aus feinem Regolith bedeckt ist. Diese sehr dunkle und kohlenstoffreiche Oberfläche erklärt auch die geringe Albedo von Ceres, welche einen Wert von lediglich 0,09 aufweist.

Im Rahmen verschiedener spektroskopischer Untersuchungen gelang den Wissenschaftlern in den vergangenen Jahren auf der Oberfläche von Ceres zudem der Nachweis von hydratisierten Mineralen, in deren Kristallstruktur ebenfalls Wasser fest eingebunden ist. Insgesamt, so die Planetenforscher, dürfte der Wassereisanteil etwa 17 bis 27 Prozent der Gesamtmasse von Ceres ausmachen. Dieser Wert ergibt sich aus der mittleren Dichte des Zwergplaneten, welche rund 2,077 Gramm pro Kubikzentimeter beträgt.

Erste Beobachtungsdaten vom 13. Januar 2015
Bereits am 1. Dezember 2014 fertigte die Framing Camera eine erste Aufnahme von Ceres an, auf welcher der Zwergplanet aus einer Entfernung von etwa 1,2 Millionen Kilometern eine Fläche mit einem Durchmesser von neun Pixeln einnahm. Deutlich besser gestaltete sich die Situation dann bereits am 13. Januar 2015. An diesem Tag fertigte die Kamera in einem Zeitraum von etwas mehr als einer Stunde weitere 20 Aufnahmen an, auf denen Ceres aus einer Entfernung von nur noch rund 383.000 Kilometern bereits eine 27 Pixel durchmessende Fläche überdeckte. Obwohl diese Aufnahmen, welche am heutigen Tag veröffentlicht wurden, in erster Linie der Navigation der Raumsonde dienen enthalten sie auch erste Hinweise auf die dortigen Oberflächenstrukturen. Auf dem fast kugelförmigen Zwergplaneten sind deutlich hellere und dunklere Bereiche zu erkennen.

„Schon jetzt lassen sich erste Oberflächenstrukturen wie etwa Krater erahnen“, so Dr. Andreas Nathues vom MPS, der wissenschaftlicher Leiter des Kamerasystems. Zudem zeigt sich auf den Fotos ein auffälliger heller Fleck auf der Oberfläche, der auch bereits auf früheren Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble erkennbar war, welches im Dezember 2003 und im Januar 2004 die bisher am höchsten aufgelösten Aufnahmen von Ceres erstellte.

Auf den aktuellen Ceres-Aufnahmen ist lediglich eine Seite des Zwergplaneten erkennbar. „Alle Oberflächenmerkmale von dieser Seite konnten wir bereits mit denen identifizieren, die auch in Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zu sehen sind“, so Dr. Nathues weiter. „Darüber hinaus finden sich in unseren Bildern Hinweise auf weitere bemerkenswerte Strukturen, die in den nächsten Wochen klarer hervortreten werden.“ Bereits Ende Januar werden die Bilder der Framing Camera eine Auflösung erreichen, welche höher ausfallen wird als bei den zuvor mit dem Hubble Space Telescope erstellten Aufnahmen.

„Es ist aufregend mitzuerleben, wie die Oberfläche einer ’neuen Welt‘ nach und nach in den Blick rückt“, so Dr. Mark Sykes vom Planetary Science Institute in Tuscon/USA, einer der Mitarbeiter des Wissenschaftsteams der Raumsonde DAWN. „Die Merkmale von Ceres, die Hubble bereits vor etwa zehn Jahren sichtbar gemacht hat, nun zu bestätigen, ist sehr wichtig. Wir suchen beispielsweise nach Anzeichen von Kryovulkanismus.“

Messungen des Weltraumteleskops Herschel hatten erst kürzlich gezeigt, dass von Ceres Wasserdampf ins All entweicht (Raumfahrer.net berichtete). Im Rahmen der zukünftigen Beobachtungskampagnen wollen die Wissenschaftler zudem noch vor dem Erreichen des Orbits um Ceres überprüfen, ob der Zwergplanet eventuell von kleineren Monden begleitet wird und mit Hilfe der Farbfilter des Kamerasystems einen ersten Eindruck von der Zusammensetzung der Oberfläche gewinnen.

„Sobald die Krater klarer erkennbar sind, könnte ihre Form zudem Rückschlüsse darauf zulassen, ob [auch direkt auf der Oberfläche] Eis vorhanden ist“, so Dr. Nathues weiter.

„Wir untersuchen mit DAWN zum ersten Mal einen Zwergplaneten“, so Prof. Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, einer der an der Mission beteiligten Wissenschaftler. „Die DAWN-Sonde wird in den nächsten Monaten diesen Eiskörper genauer untersuchen und wir werden die eine oder andere wissenschaftliche Überraschung erleben.“
Unter anderem ist geplant, die Oberfläche dieses Himmelskörpers ausführlich zu fotografieren. Anhand diesen Bilddaten wird Ceres zunächst ausführlich kartiert, anschließend ein dreidimensionales Höhenmodell berechnet und die Topographie von Ceres untersucht. Mit der dreidimensionalen Vermessung können beispielsweise bei Impaktkratern Rückschlüsse auf die Wucht des verursachenden Einschlags gezogen werden.

Die DAWN-Mission wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA geleitet. Die University of California in Los Angeles ist für den wissenschaftlichen Betrieb der Mission verantwortlich. Das Kamerasystem an Bord der Raumsonde wurde unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Das Kameraprojekt wird finanziell von der Max-Planck-Gesellschaft, dem DLR und der NASA (JPL) unterstützt.
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