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 (aktueller Bericht)

3) New Horizons – Die Technik 2

4) New Horizons – Die wissenschaftlichen Instrumente

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

6) Aus interplanetar wird interstellar!

New Horizons – Die Technik 1

Die Struktur von New Horizons

Energieversorgung

New Horizons hat in etwa die Maße eines Konzertflügels – 0,7 m breit, 2,1 m lang und an der breitesten Stelle 2,7 m. Dazu kommen noch eine 2,1 m Parabolantenne und die etwa 1,2 m lange zylinderförmige Radionuklidbatterie (RTG – radioisotope thermoelectric generator), die mittels radioaktivem Zerfall von Plutonium (10,9 kg) zu Beginn der Mission 285 Watt bei 28 Volt erzeugt. Beim Vorbeiflug an Pluto beträgt die Leistung nur noch 225 W, was auf den radioaktiven Zerfall und damit das Schwinden des Radionukilds zurückzuführen ist.

Endmontage von New Horizons, links der RTG (schwarz)

Die Leistung der RTG wurde so dimensioniert, dass nach dem Vorbeiflug noch 25 Jahre lang genug Energie für alle Systeme erzeugt wird (mindesten 182 W).
Übrigens, auf Photovoltaik beruhende Systeme zur Energieerzeugung (Sonnensegel o.ä.) sind für diese Mission untauglich, da das Sonnenlicht bei Pluto einfach zu schwach ist, um ausreichend Energie erzeugen zu können – die Sonne erscheint auf Pluto nur mehr als ein (heller) Stern unter vielen (Entfernung etwa 5,5 Lichtstunden)!

Das „Panorama“ auf Pluto – zwei künstlerische Darstellungen.
Wie es wirklich aussieht erfahren wir erst im Sommer 2015!

Die Zuverlässigkeit dafür, dass die Sonde in den 10 Jahren der Pluto-Mission alle Anforderungen komplett erfüllen sollte, betrug 0.85. Man ging darüber hinaus sogar davon aus, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 85% die Sonde 16 Jahre lang in einer Entfernung von bis zu 50 AE arbeiten kann. Dementsprechend sind auch die zahlreichen Subsysteme ausgelegt – Struktur, Kreiselsysteme, Antrieb, Stromerzeugung, Kommunikation, Navigation, wissenschaftliche Instrumente.

Elektronik

Die Sonde führt 2 Computersysteme mit – eines für die Durchführung der wissenschaftlichen Experimente und zur Steuerung (Command and Data Handling System), das andere zur Lagekontrolle (Guidance and Control System). Beide Computersysteme sind aus Redundanzgründen doppelt vorhanden, womit New Horizons damit über 4 Rechnersysteme verfügt. Die zugehörigen Prozessoren (Mongoose V 3000, RISC-Prozessoren mit 12 MHz Taktfrequenz) sind strahlungsgehärtet.

Für die Zwischenspeicherung der wissenschaftlichen Daten stehen zwei Flash-Recorder mit je 8 Gigabyte zur Verfügung. Der interne Speicher von 768 Kilobyte beinhaltet eine Reihe von Kommandos, die einen monatelangen autonomen Betrieb der Sonde erlauben (sogenannte Zeitgesteuerte Regeln und Autonomitaetsregeln).

Auch wenn nun manch moderner Zeitgenosse abfällig über diese „Leistungsdaten“ die Nase rümpft, die Leistungsfähigkeit der Rechensysteme reicht für die anstehenden Aufgaben aus. Nicht das umfangreiche Berechnen von Tabellen oder Erstellen aufwendiger Grafiken stehen bei dieser Mission im Vordergrund – Zuverlässigkeit für die „Lebenserhaltung“, Steuerungen und wissenschaftliche Experimente in einer der extremsten Umgebungen haben oberste Priorität.

Kommunikation

Die Sonde kommuniziert mit der Erde über 4 Antennensysteme:

Hauptsystem ist eine 2,1 Meter im Durchmesser messende Parabolantenne über die im X-Band (8-12 GHz) Daten mit einer Übertragungsrate von etwa 300 bis 600 Bit pro Sekunde (in Pluto-Nähe) zur Erde gesendet werden können. Das „downloaden“ eines einzigen Bildes von LORRI (long range reconnaissance imager – Kamera für hochauflösende Aufnahmen) wird dann etwa 12 Stunden dauern, die gesamten Daten des Encounters werden etwa 40 Tage für die Übertragung zur Erde benötigen.

Die 2,1 Meter Parabolantenne

Zum Vergleich: In Jupiternähe konnten Daten noch mit 38 Kilobit pro Sekunde übermittelt werden, ein Standard-ADSL-Anschluss bietet dem Nutzer hierzulande bis zu 16 Megabit pro Sekunde und Glasfaser-Netzwerke bieten Übertragungsraten von bis in den Terabit pro Sekunde-Bereich (das ist dann etwa 1,5 Millionen mal „schneller“).

Eine Übertragung „in Echtzeit“ ist damit nicht möglich, daher werden zum einen die gesammelten Daten in zwei je 64 GBit (8 GByte) großen Flash-Speicherbausteinen zwischengespeichert und erst nach dem Vorbeiflug übertragen. Zum anderen wird bereits während der heißen Phase der Mission fortlaufend übertragen, denn es besteht die nicht zu unterschätzende Gefahr, dass trotz zahlreicher Not-Prozeduren die Sonde beschädigt wird oder ganz ausfällt – die Daten wären unwiederbringlich verloren.

Für den Empfang der eintrudelnden Daten ist das Deep Space Network (DSN) der NASA zuständig. Das DSN ist ein System von mehreren über den Erdball verteilten 70 Meter Empfangsantennen (Goldstone/USA, Canberra/Australien, Madrid/Spanien), die im Bedarfsfall auch zusammen ­geschaltet werden können um auch sehr schwache Signale detektieren zu können.

Standorte des Deep Space Network mit den jeweiligen Antennensystemen

Da das DSN noch weitere Missionen zu verfolgen hat (etwa die Voyager Sonden – Live-Daten hier: http://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html), muss darüber hinaus die Datenmenge einiger Daten innerhalb eines 10 Tage-Zeitraums um den Encounter ein wenig komprimiert werden (Faktor 20) – auch auf die Gefahr hin, dass die ein oder andere Information verloren geht. Eine Auswahl welche der Daten komprimiert werden können, wird durch die Missionsverantwortlichen getroffen (http://pluto.jhuapl.edu/science/data_collection.php).

Übertragen wird mittels der bereits beschriebenen 2,1 Meter-Parabolantenne, deren Öffnungswinkel (der Sendekeule) nur 0,3° beträgt. Daher ist für die Übertragung eine äußerst genaue Ausrichtung erforderlich, zumal die abgestrahlte Sendeleistung lediglich 12 Watt beträgt (mit Antennengewinn von 42 dB sind das auch nur 1510 Watt).

Zur Veranschaulichung vielleicht folgendes: Wenn die etwa 1500 Watt bei Pluto in einem Winkel von 0,3° abgestrahlt werden, dann misst dieser Strahl – ein wenig Geometrie angewandt – auf der Erde 23.561.998 km im Durchmesser und für die 30 Meter Antennen des DSN bleiben (sehr stark vereinfacht, keine atmosphärische Dämpfung, kein Antennengewinn) gerade mal 2,2*10^-15­ Watt übrig.

Zum Vergleich: Eine modernde LED-Lampe verbraucht etwa 2 Watt – das ist etwa 900 Billionen Mal mehr! (siehe dazu auch den Bericht von Uwe)

Beispielhaft hier die Empfangsdaten der Kometensonde Rosetta vom 27.11.14 und Voyager 1 vom 30.11.14. Man beachte die empfangene Leistung … 10^-20 Kilowatt (=10^-17 Watt) bei Rosetta (etwa eine halbe Lichtstunde/500 Millionen Kilometer entfernt) und 10^-23 Kilowatt (=10^-20 Watt) bei Voyager 1 (etwa 18 Lichtstunden/19,5 Milliarden Kilometer entfernt)

Die anderen Antennensysteme – eine kleinere Parabolantenne mit 30 cm und zwei Rundstrahlantennen auf jeweils entgegengesetzter Seite – dienen der Ausrichtung der Hauptantenne und für Kommunikation, falls die Sonde keinerlei Ausrichtung zur Erde hat.

Zu guter Letzt noch das Neueste – Time to Wakeup !

New Horizons letzte Hibernation Phase neigt sich dem Ende zu, am 6. Dezember ist es soweit: New Horizons wird das letzte Mal aufwachen. Danach beginnt die Phase der Vorbereitung des Pluto Encounters. Bereits im August 2014 wurde durch Mission Control der wakeup-call für den 06.12.14, 15 Uhr EST (eastern standard time, 21 Uhr MEZ) in New Horizons Computer programmiert, 90 Minuten später sendet New Horizons mit einem letzten „Guten Morgen“ seine Bereitschaft für wahrhaft große Ereignisse.

Projektleiter Alan Stern formuliert es so: „We are almost on Pluto’s doorstep and we are ready to go!„

Weiter geht es mit dem zweiten Teil der Technik des „Raumschiffs“ New Horizons (Antrieb, Navigation und Temperaturkontrolle)

Bleiben Sie dran 🙂 !

Es sind noch 225 Tage (Stand: 30.11.14)

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://solarsystem.nasa.gov/multimedia/gallery/New_Horizons_SWAP.jpg
• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/46/New_Horizons_1.jpg
• http://www.eso.org/public/images/eso0908a/
• http://pluto.jhuapl.edu/overview/piPerspective.php?page=piPerspective_06_11_2014
• http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/New_Horizons_-_REX.jpeg
• http://eclecticplanet.org/space/explore/astronomy/bigearthscopes.html
• http://eyes.nasa.gov/dsn/dsn.html

Es ist zwar schon wieder über einen Monat her, aber meiner Meinung nach ist über diesen Kometen mit dem Namen Siding Spring zu wenig in den Medien berichtet bzw. gezeigt worden. Wahrscheinlich lag es auch mit daran , dass die Rosetta Mission mit Lander Philae schon Wochen vorher mit der Annäherung an den Kometen Tschurjumow-Gerassimenko und während der Landephase von Philae auf „Tschuri“ , alle anderen astronomischen bzw. raumfahrttechnischen Themen überschattete. Na ja, irgendwo auch verständlich, denn sind wir nicht alle gebannt vor den Bildschirmen gehockt und waren überwältigt von der Philae- Landephase auf einem Kometen !? Es war vergleichbar mit dem aufsetzen von Apollo 11 auf dem Mond wo der erste Mensch auf einem anderen Himmelskörper gelandet ist . 🙂

Der US-Marsrover Opportunity nahm am 19.Oktober 2014 diese Ansicht des Kometen Siding Spring am Morgenhimmel des Roten Planeten auf.      Foto: NASA

Immerhin war es die dichteste bislang beobachtete Annäherung eines Kometen an einen Planeten. Außerdem nahmen 7 Marssonden den kosmischen Vagabunden ins Visier und lieferten erstmals Detailinformationen über einen „frischen Kometen“  aus der Oortschen Wolke.

Mit der dichten Passage am Mars hatte sich  C/2013 A1 , wie er ja auch noch heißt, ausgerechnet den Himmelskörper im Sonnensystem ausgesucht, bei dem die meisten Spähersonden aktiv sind. Der  Minimalabstand zur Oberfläche des Roten Planeten betrug nur 136 000 Kilometer.

Zum Zeitpunkt der dichtesten Annäherung des Kometen Siding Spring gelangen der Kamera HIRISE von Mars Reconnaissance Orbiter diese Aufnahmen des Schweifstern. Die Darstellungen unten betonen schwache Bildbereiche und zeigen einen Teil der Koma, der Hülle aus Gas und Staub um den Kern. Der Kern hatte etwa eine Größe von 700 Metern.    Foto: NASA/JPL

Neben Mars Express sind es die US-Raumsonden Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter und Maven sowie der indische Mars Orbiter , genannt Mangalyaan. Die beiden letzteren sind Neuzugänge, sie erreichten den Mars erst im September 2014. Auf der Oberfläche des Mars sind noch zwei Rover aktiv. Opportunity und Coriosity. Alle Sonden richteten ihre Instrumente auf den supereiligen Besucher, denn hier bot sich den Forschern eine einmalige Chance .

Siding Spring ist der erste Komet direkt aus der Oortschen Wolke , der aus der Nähe beobachtet werden konnte. Alle anderen bislang von Raumsonden untersuchten Kometen sind kurzperiodische Objekte. Hale-Bopp aus dem Jahre 1997 ist uns allen noch in guter Erinnerung. Er kam auch aus dem Bereich weit jenseits von den Planeten und verschwand auch in derselbigen. In knapp 5000 Jahren kommt er uns wieder besuchen.

Bei Siding Springs haben die Astronomen berechnet, dass seine Bahn , die vermutlich eine extrem langgestreckte Ellipse ist, für einen Sonnenumlauf  1 Million Jahre benötigt !!  🙂

Siding Spring hatte am Mars eine Radialgeschwindigkeit von 36km/s . Zunächst hatte man Angst , dass die ein oder andere Sonde Schaden nehmen könnte durch Teilchen vom Kometen, aber alle Robotersonden kamen unversehrt davon.

Zwei Tage vor der dichtesten Annäherung an den Mars nahm das abbildende UV-Spektrometer an Bord der Sonde MAVEN dieses Bild der Wasserstoffhülle um den Kometen Siding Spring auf. Sie ließ sich bis zu einer Entfernung von 150 000 Kilometern zum Kometenkern nachweisen.   Foto: NASA/University of Colorado

Und hier mal ein Größenvergleich zwischen „Tschuri“ und „Siding Spring“:)  Graphik: NASA/University of Arizona

Das Astronomie Picture of the Day (http://apod.nasa.gov) ist für viele Sternenfreunde täglich ein ‚muss‘. Der Astrophysics-Dienst der NASA stellt hier jeden Tag aufs Neue ein Bild aus dem weiteren Bereich der Astronomie ins Internet. Oft sind diese Bilder von den Tiefen des Universums einfach nur atemberaubend schön. Auch Bilder aus der „näheren“ Umgebung, wie Sonne oder Planeten bieten immer wieder faszinierende Blicke über unseren „Erd-„Tellerrand hinaus und natürlich wird auch die Raumfahrt in all ihren Facetten entsprechend gewürdigt.

APOD vom 01.10.2014 – Buttfly Nebel NGC 6302

Diese Sammlung an Aufnahmen und Bildern geht zurück bis ins Jahr 1995 – natürlich auch verbunden mit entsprechend geringerer Bildqualität (damals wurde noch analog fotografiert – so richtig mit Film und Entwicklung und so 🙂 !!!). Vergleicht man (analoge) Aufnahmen von Objekten von früher mit (digitalen) hochauflösenden Abbildungen desselben Objekts aus heutiger Zeit, sieht man erst einmal welche bahnbrechenden Entwicklungen die Fototechnik (wie natürlich auch die Beobachtungs-/Teleskoptechnik) in den letzten Jahren durchlaufen hat.

Seit kurzem ist nun auch der APOD-Kalender für das kommende Jahr verfügbar, in verschiedenen Versionen, mit verschiedenen Aufnahmen, die alle eine gemeinsame Eigenschaft haben: UMWERFEND.

„Abzuholen“ hier: http://friendsofapod.org/?page_id=42

  Da komm ich her … „Curiosity Road“ on Mars

Wenn jemand Interesse am APOD-Kalender für 2014 hat … den gibt’s hier: http://asterisk.apod.com/viewtopic.php?f=28&t=32474  (Northern Hemisphere und Soutern Hemisphere Ausführung)

Bildquellen: http://apod.nasa.gov

Es ist nicht mehr „weit“ …

Der Countdown läuft: Es sind mittlerweile weniger als 2 Astronomische Einheiten bis Pluto (genau: 1,95 AU oder 291,7 Millionen Kilometer) – New Horizons nähert sich der Zielgeraden, noch 245 Tage (Stand 11.11.2014).

Übrigens: Es gibt seit 01.09.2014 ein Pluto Picture of the Day – http://www.boulder.swri.edu/ppod/.

In Kürze gibt es den zweiten Teil der New Horizons Serie – bleiben Sie dran 🙂 !

Bildquelle: http://pluto.jhuapl.edu/index.php

Es ist nun über vierhundert Jahre her , dass der Astronom Galileo Galilei sein Teleskop zum Sternenhimmel richtete und dabei Ringwälle auf dem Mond und Monde um den Planeten Jupiter entdeckte. Er sah die Phasen der Venus und das prächtige Band der Milchstraße. Außerdem bemerkte er Flecken auf der Sonne.

Ein paar Jahrzehnte später fand der holländische Astronom Christian Huygens die freischwebenden Ringe um den Planeten Saturn.

Mit der Erfindung des Fernrohres nahm die Astronomie einen rasanten Aufschwung. Die Geräte wurden immer größer , die auf die wunderbarsten Objekte des Kosmos gerichtet worden sind. Und nicht nur das . Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts wurde ein neues Fenster zum All geöffnet, nämlich das des Radiowellenbereichs. Mit Satelliten und Raumsonden gelingt es auch die Wellenbereiche des elektromagnetischen Spektrums zu erfassen, die von der irdischen Atmosphäre verschluckt werden und deshalb von erdgebundenen Observatorien nicht empfangen werden können. Objekte im Gamma-  über Röntgenstrahlenbereich bis hin zum Infraroten -und Submillimeterbereich werden dabei abgedeckt.

Raumsonden sind zu den Planeten unseres  Sonnensystems gereist und haben deren Monde erforscht und sie tun es immer noch unaufhörlich. ( Siehe auch die  tollen  Berichte von Hannes in Sachen New Horizon). Sie sind an Kometen vorbeigerauscht und sind teils zu künstlichen Satelliten von Planeten geworden. Andere kurven auf der Oberfläche des Mars umher und senden Daten zur Erde.

Den Astronomen stehen heute Riesenteleskope zur Verfügung die Blicke bis an den Anfang des noch heißen Univesums ermöglichen. Astronomen bezeichnen unser Zeitalter auch als  „Das goldene Zeitalter der Astronomie“.

Im Rampenlicht–Die Astronomie

Der Rückblick auf 400 Jahre Teleskopastronomie hat die Dachorganisation der professionellen Astronomie , die Internationale Astronomische Union (IAU) veranlasst, der UNESCO den Vorschlag zu unterbreiten, dass Jahr 2009 zum „Jahr der Astronomie“ zu erklären. Die UNESCO hat diesen Vorschlag damals auf ihrer Generalversammlung im Jahr 2005 positiv aufgenommen. Ziel war dabei , einen möglichst großen Teil der Bevölkerung zu vermitteln, wie die wissenschaftliche Beobachtung des Sternenhimmels unser Weltbild revolutioniert hat, den Menschen ihre Stellung im Kosmos vor Augen zu führen und zu demonstrieren, welche grundlegende Bedeutung die Astronomie und generell die Naturwissenschaften für das friedliche und gedeiliche Zusammenleben und dem winzigen Planeten Erde haben. Möglichst viele Menschen sollten angeregt werden, selbst den Sternenhimmel zu betrachten, mit Teleskopen die Himmelskörper zu beobachten und sich mit den Erkenntnissen der Astronomie vertraut zu machen.

Die Bewahrung und Schutz des Weltkulturerbes eines dunklen Nachthimmels sind zu sichern. Internationale Kampagnen und nationale Gesetze zur Eindämmung des immer stärker werdenden Lichtsmogs sollen angeregt werden.

Die Menschen sollen unter dem Sternenzelt zusammenkommen und gemeinsam die Wunder des Weltalls bestaunen und diskutieren. Es sollen Brücken geschlagen werden zwischen den Völkern aller Nationen, um damit Spannungen , Missverständnisse und Verdächtigungen abzubauen und das Bewusstsein zu fördern , Schicksalsgemeinschaft auf dem winzigen Heimatplaneten Erde zu sein.

Die Welt ist begreifbar

Noch heute werden diejenigen verfolgt, die die Herkunft und das Schicksal unserer Rasse wissenschaftlich zu erklären versuchen. Die Kränkung der eitlen Menschheit, die nicht warhaben will, nur eine kurze und belanglose Episode in der Milliarden Jahre langen   Geschichte des Universums zu sein, ist enorm. Fanatisierte Glaubensfundamentalisten bedrohen auch heute noch Mitmenschen mit Folter und Tod, zünden Bomben und werfen Sprengkörper, wenn sie nicht deren abstruse Gedankengebäude akzeptieren und ihre Regeln befolgen. Dabei sollten wir eine tiefe Genugtuung empfinden, dass wir in der Lage sind, unsere Herkunft und unsere Stellung in den grenzenlosen Tiefen des Kosmos zu erforschen. Albert Einstein hat mal gesagt:“Das ewig Unbegreifliche an der Welt ist ihre Begreiflichkeit.“ Einstein fand es erstaunlich , dass der menschliche Verstand in der Lage ist, den Aufbau und die Entwicklung des Alls und seiner Gestirne zu erforschen. Dies sollte uns Bescheidenheit lehren!!!

Im Angesicht der Sternenwelt sollte uns klar werden, wie bedeutungslos unsere Existenz in den ungeheuren Dimensionen des Kosmos ist und wie töricht unsere täglichen, kleinlichen Streiterein sind.

Es sollen möglichst viele Menschen ihrer Stellung im Universum bewusst werden, um einen Denkprozess anzuregen, der für ein friedvolles und vernünftiges Zusammen aller Menschen sorgen kann, Fanatismus und Aggressionen aber abbaut und uns Ehrfurcht vor der Schöpfung lehrt. Dazu wollen und sollen möglichst viele Profi -und Amateurastronomen beitragen. Wir , die Rieser Sternfreunde tragen unseren Teil immer wieder herzlichst  dazu bei 🙂

Foto:  Uwe Bahadir