Astronomische Arbeitsgemeinschaft Mainz e. V.

Newsletter September 2016 - Juno-Mission und Astronom des Monats

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Die Juno-Mission der Nasa

von Jörg Schuster

Juno (auch JUpiter Near-polar Orbiter) ist eine Raumsonde der NASA, die den Gasplaneten Jupiter aus einer polaren Umlaufbahn mindestens ein Jahr lang erforschen soll.

Der Name der Sonde entstammt der griechisch-römischen Mythologie. Der Gott Jupiter umgab sich mit einem Wolkenschleier, um seine üblen Taten zu verbergen, doch seine Frau, die Göttin Juno, konnte durch die Wolken hindurchsehen und Jupiters wahre Gestalt erkennen.

Sie wurde am 5. August 2011 gestartet und ist am 4. Juli 2016 in eine Umlaufbahn um den Jupiter eingeschwenkt. Während des knapp 5 Jahre dauernden Flugs zum Jupiter umrundete die Sonde eineinhalbmal die Sonne und führte dabei im Oktober 2013 einen nahen Vorbeiflug an der Erde aus. Dabei nutzte sie mit einem Swing-by-Manöver deren Schwerkraft, um zum Jupiter zu beschleunigen.

Am 4. Juli 2016 erreichte die Sonde ihr erstes Perijovum ( die größte Nähe zu Jupiter auf ihrer Umlaufbahn ), das Perijovum 0. Seither ist sie im Orbit 0. Am 27. Juli 2016 wird sie ihr erstes Apojovum ( die größte Ferne zu Jupiter auf ihrer Umlaufbahn ) erreichen, das Apojovum 0. Ab diesem Punkt beginnt Orbit 1, der den Flug bis zum Apojovum 1 umfasst. Entsprechend setzt sich die Zählung der Perijovi, Apojovi und Orbits fort.

Junos Hauptkörper ist ein sechsseitiges Prisma. Jede Seite hat etwa 2 m Kantenlänge. An drei der sechs Seiten sind vierfach zusammenklappbare Solarmodule mit 8,9 m Länge befestigt. Davon sind zwei Module komplett mit Solarzellen belegt, das dritte nur auf drei Feldern, das vierte Feld ist ein Träger für Magnetometer. Bei allen drei Solarmodulen ist das innerste mit Solarzellen belegte Feld ca. 2 m breit. Die äußeren mit Solarzellen belegten Felder sind jedoch mit 2,65 m breiter als das innerste und haben so eine größere lichtsammelnde Oberfläche, insgesamt über 60 m². Dies ist erforderlich, da die Sonneneinstrahlung bei Jupiter weniger als 4 % der bei der Erde entspricht. Die Solarmodule erzeugen am Missionsende noch 435 Watt elektrische Leistung. Auf dem Zentrum des Hauptkörpers von Juno ist eine Parabolantenne für die Kommunikation im X-Band mit der Erde angebracht. Diese wird mit einer für Radiowellen durchlässigen Sonnenschutzfolie abgedeckt sein. Durch die Parabolantenne hindurch verläuft die Rotationsachse von Juno, die Raumsonde rotiert zur Spinstabilisierung 2- bis 5-mal pro Minute. Junos Rotationskreis hat mit ausgeklappten Solarmodulen einen Durchmesser von mehr als 20 m und das Startgewicht beträgt 3625 kg. Als Strahlenschutz für die Bordelektronik dient eine Box aus Titanplatten mit einer Stärke von 10 Millimetern und einem Gesamtgewicht von etwa 200 kg.

Juno ist nach New Horizons die zweite Raumsonde des New-Frontier-Programms der NASA und durfte insgesamt somit höchstens 700 Millionen US-Dollar kosten.

Im Gegensatz zu früheren Raumsonden zum Planeten Jupiter besitzt Juno also keine nukleare Energieversorgung, sondern generiert den benötigten Strom durch effiziente und strahlungsresistente Solarzellen. Deren Einsatz ist möglich, weil die Sonde auf ihrer polaren Umlaufbahn immer freie Sicht zur Sonne hat. Außerdem befindet sich die Sonde auf dieser Bahn meist außerhalb der starken Strahlungsgürtel des Jupiters. Eine Annäherung an die Jupitermonde, etwa um diese weitergehend zu erforschen ist nicht vorgesehen, da diese innerhalb des Strahlungsgürtels liegen. Stattdessen soll Juno die folgenden Aufgaben erfüllen:

  • Herausfinden, ob Jupiter einen festen Kern besitzt.
  • Bestimmung der Anteile von Wasser, Ammoniak und Methan in der Atmosphäre.
  • Beobachtung der Konvektion und Erstellung von Windprofilen in der Atmosphäre.
  • Bestimmung des Ursprungs des Jupiter-Magnetfeldes.
  • Untersuchung der polaren Magnetosphäre.

Die Kamera JunoCam soll eine bessere Bildauflösung von Jupiters Wolkendecke als alle bisherigen Aufnahmen liefern. Sie wurde von Malin Space Science Systems gebaut und basiert auf der Kamera MARDI, die Curiositys Abstieg zur Marsoberfläche dokumentierte. Das optische System wurde von Rockwell-Collins Optronics hergestellt. Beim CCD-Sensor handelt es sich um den Typ KAI-2020 von Kodak.

Die Kamera ist fest mit der Sonde verbunden und rotiert mit dieser etwa alle 30 Sekunden so um die Achse, dass JunoCam innerhalb dieser 30 Sekunden eine volle 360°-Panorama-Aufnahme machen kann. Der Typus der Kamera wird Pushframe-Kamera genannt; er ist zwischen einer Flächenkamera und einer Zeilenkamera einzuordnen. Dieses Design wurde gewählt, um der Kamera-Elektronik zu ermöglichen, bei langer Belichtungszeit das Verwackeln auszugleichen, das durch die Rotation der Sonde entsteht; es erfordert jedoch eine Nachbearbeitung der Bilder. Die Kamera hat einen horizontalen Öffnungswinkel von 58° bei 1600 Pixeln, eine Brennweite von ca. 11 mm und eine Blendenzahl von etwa 3,2. Die CCD hat eine aktive Bildhöhe von insgesamt 1200 Pixeln. Davon werden maximal vier fest definierte horizontale Streifen ( framelets ) von je 128 Pixeln Höhe ausgelesen ( readout-regions ). Die Readout-Regions sind von fest angebrachten Farbfiltern bedeckt. Abhängig davon, welche der vier Readout-Regions ausgelesen werden, lassen sich einfarbige, dreifarbige ( Rot, Grün, Blau ) oder Infrarotbilder ( „Methan“, 889 nm ) aus den bis zu etwa 82 Einzelaufnahmen je Panorama zusammensetzen. Die Kamera kann wahlweise verlustfreie Bilder und Bilder mit Kompressionsverlusten machen, die weniger Speicherplatz und Bandbreite zur Übertragung benötigen.

Das Festbrennweiten-Objektiv wurde für die Aufnahme der Polregionen optimiert. Die äquatorialen Regionen Jupiters können im Perijovum mit Auflösungen von bis zu 3 Pixeln pro Kilometer fotografiert werden. Die Kamera kann auch Aufnahmen von jupiternahen Monden wie Io oder Amalthea machen, allerdings wegen der Distanz nur mit schlechterer Auflösung.

Es wird erwartet, dass die Kamera mit jedem Orbit Strahlungsschäden erleiden wird, die sich als Hotpixel oder im Versagen der Elektronik zeigen können, aber die Kamera soll für mindestens die ersten sieben Orbits durchhalten.

Sowohl bei der Auswahl der Ziele als auch bei der Auswertung der Bilder wird die Öffentlichkeit einbezogen.

Das Ende der Mission ist für Februar 2018 geplant. Die Sonde soll dann zu einem kontrollierten Absturz in die Jupiteratmosphäre gebracht werden. Auf diese Weise soll verhindert werden, dass die nicht sterile Sonde eines Tages auf einen der großen Jupitermonde herabstürzt und ihn mit irdischen Bakterien kontaminiert.

Es gibt noch eine Besonderheit bei dieser Mission - In Erinnerung an den Entdecker der großen Jupitermonde trägt Juno eine Aluminiumplakette mit dem Bildnis sowie einer handschriftlichen Notiz von Galileo Galilei sowie drei Lego-Figuren aus Aluminium, die Galilei, Jupiter und dessen Frau Juno darstellen.

Bildnachweis:

https://de.wikipedia.org/wiki/Juno_(Raumsonde)#/media/File:Juno_Mission_to_Jupiter_(2010_Artist%27s_Concept).jpg


Astronom des Monats September: Jan-Hendrik Oort

von Dr. Sascha Wisser

Jan Hendrik Oort (geb. 1900 – 1992) war ein bedeutender niederländischer Astronom des 20. Jahrhunderts. Nach seinem Schulabschluss 1917 entschloss sich Oort für ein Physikstudium an der Universität in Groningen. Dort belegte er Astronomiekurse bei Jacobus Cornelius Kapteyn. Diese weckten sein Interesse an der Sternkunde, so dass er seinen Studienschwerpunkt verlagerte. 1921 vollendete er sein Studium und lieferte in den kommenden Jahren und Jahrzehnten entscheidende Beiträge zum Verständnis der Milchstraße.

Oort wird heutzutage eher mit der „Oort’schen Wolke“ in Verbindung gebracht. Weniger bekannt ist, dass es Oort erstmals gelang, das Zentrum der Milchstraße in etwa 30.000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Schütze zu lokalisieren.

Jan Hendrik Oort war ein echter Pionier: Er gilt als Entdecker der Dunklen Materie. Oort untersuchte an der Sternwarte Leiden ferne Galaxien - aber auch unsere eigene Heimstätte: die Milchstraße. Dabei stellte er verblüfft fest, dass die Rotationsgeschwindigkeiten der Sterne um das Milchstraßenzentrum deutlich höher sind, als man es nach den Kepler-Gesetzen erwarten würde. Nach Oorts Messungen lassen die Sternbewegungen auf viel mehr Masse in der Milchstraße schließen, als man tatsächlich beobachten kann. Deshalb postulierte er die Existenz einer "nebulösen, dunklen Materie". Die Theorie der Dunklen Materie sollte in der Fachwelt erst Jahrzehnte später akzeptiert werden.

Im Jahre 1942, während der Wirren des 2. Weltkrieges, wurde Oort seiner Ämter an der Universität Leiden enthoben, da er die Zusammenarbeit mit der deutschen Besatzungsmacht verweigerte. Er zog sich in die niederländische Provinz zurück. Erst nach Kriegsende kehrte Oort nach Leiden zurück und wurde dort ordentlicher Professor der Astronomie.

Im Jahre 1950 postulierte Oort einen als Oort´sche Wolke benannten Bereich, aus dem die langperiodischen Kometen stammen (sollen). Dieser Bereich am Rande des Sonnensystems ist mehr als ein Lichtjahr von der Sonne entfernt. Diese Auffassung hat sich unter den meisten Astronomen durchgesetzt - wenngleich Sie bislang nicht zweifelsfrei bewiesen werden konnte.

Von 1958 bis 1961 war Oort Präsident der Internationalen Astronomischen Union. Er erhielt zahlreiche Auszeichnungen und Preise, darunter die Goldmedaille der Royal Astronomical Society (1946) und die Karl-Schwarzschild-Medaille der Astronomischen Gesellschaft (1972). Sogar ein Asteroid ist nach ihm benannt: (1691) Oort.

1955 setzte das LIFE-Magazin Jan Hendrik Oort auf die Liste der 100 berühmtesten Personen der Welt - gemeinsam mit Eisenhower, Picasso oder Stravinsky. Keine schlechte Gesellschaft.

Jan Hendrik Oort starb am 05. November 1992 in Leiden und bleibt für seine zahlreichen Entdeckungen unvergessen.

 

Quellen:

Fritz Krafft, Die bedeutendsten Astronomen, Matrix Verlag GmbH, Wiesbaden, 256 S., 2007

https://de.wikipedia.org/wiki/Jan_Hendrik_Oort

http://scilogs.spektrum.de/

https://www.uni-muenster.de/NiederlandeNet/nl-wissen/bildungforschung/personen/oort.html

 

Literaturempfehlung:

J. H. Oort, Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands 6, 249, 1932

 

Bildnachweise:

www.esa.int/About_Us/Welcome_to_ESA/ESA_history/Jan_Hendrik_Oort_Comet_pioneer (Jan Hendrik Oort)

https://de.wikipedia.org/wiki/Oortsche_Wolke#/media/File:Kuiper_belt_-_Oort_cloud-de.svg (Oort´sche Wolke)