Japanische Mondmission SELENE / Kaguya



 

SELENE im Mondorbit
Bild: Akihiro Ikeshita/ JAXA

 

Am 14. September 2007 startet die japanische Sonde SELENE (SELenological and ENgineering Explorer) vom japanischen Weltraumzentrum Tanegashima. Die Mission erhielt den Beinamen Kaguya, der sich auf ein japanisches Märchen bezieht. Nach dem Eintritt in eine polare Mondumlaufbahn Anfang Oktober 2007 erforscht das Raumfahrzeug den Erdtrabanten mindestens ein Jahr lang aus einer Höhe von 100 Kilometern.

SELENE gilt als wissenschaftlich anspruchsvollste Mission zum Mond seit dem Apollo-Programm. Mit ihr sollen die Morphologie, die Mineralogie und chemische Zusammensetzung der Oberfläche, die Kruste sowie das Magnet- und Gravitationsfeld untersucht werden, um Entstehungsgeschichte und geologische Entwicklung des Mondes besser erklären zu können.

SELENE wurde am Ende der Mission auf die Mondoberfläche gelenkt und schlug dort am 10. Juni 2009 auf.

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Instrumente

SELENE besitzt drei Instrumente zur optischen Erfassung der Mondoberfläche: Die Terrain Camera (TC), den Multiband Imager (MI) sowie den Spectral Profiler (SP). Ähnlich wie die Marskamera HRSC an Bord von Mars Express, die im DLR-Institut für Planetenforschung entwickelt wurde, ist die TC in der Lage, stereoskopische Aufnahmen zu machen. Dabei ist ständig ein Kameraauge nach „hinten“ und ein weiteres nach „vorn“ gerichtet, so dass von der überflogenen Fläche Bilder aus verschiedenen Blickwinkeln zur Verfügung stehen, aus denen sich Stereobilder (Anaglyphen) sowie digitale Geländemodelle errechnen lassen. MI blickt dagegen mit zwei Teleskopen nach Nadir und lichtet den Boden in neun verschiedenen Wellenlängen direkt von oben ab. Die optischen Komponenten sind in der Lage, Informationen über Topografie, Geologie und Mineralogie der Mondoberfläche zu liefern.

Solare Röntgenstrahlung fällt auf die Mondoberfläche und regt Elemente der Kruste zum Schwingen an. Diese fallen daraufhin in ihren Grundzustand zurück und geben dabei elementspezifische Röntgenstrahlung ab. Das Röntgenspektrometer XRS kartiert so die am häufigsten auftretenden chemischen Elemente der Mondkruste mit einer räumlichen Auflösung von mindestens 20 Kilometern pro Pixel, darunter Silizium, Magnesium, Aluminium, Kalzium, Titan und Eisen. Man erhofft sich, aus der globalen Verteilung der Gesteine Rückschlüsse auf den Ursprung des Mondes ziehen zu können.

Das Gamma Ray Spectrometer (GRS) kann als Ergänzung auch die Menge der auf der Mondoberfläche vorkommenden Elemente bestimmen. Die Daten werden die von Clementine und Lunar Prospector überprüfen, wonach es an Nord- und Südpol des Mondes Wasservorkommen geben könnte, was essentiell für eine bemannte Station auf dem Erdtrabanten ist. Zudem soll auch die Belastung durch kosmische Strahlung auf dem Mond gemessen werden.

Das Laseraltimeter (LALT) misst während des Überflugs die Entfernung zwischen SELENE und dem Boden. So ist es möglich, unter Kenntnis der exakten Bahndaten der Sonde ein globales topografisches Geländemodell der Mondoberfläche zu errechnen.

Radarwellen können dazu verwendet werden, unter die mit bloßem Auge sichtbare Mondoberfläche zu blicken. Thermische Anomalien und geologische Diskontinuitäten im Untergrund reflektieren die ankommenden Radarsignale und können so erkannt werden. Der Lunar Radar Sounder (LRS) sendet kontinuierlich Radarwellen auf die Mondoberfläche. Dazu werden zwei zusammen etwa 30 Meter lange Antennenarme verwendet. Mit dem Experiment soll der Mondboden mehrere Kilometer tief durchleuchtet werden.

Weitere Instrumente an Bord von SELENE befassen sich mit dem schwachen Magnetfeld, der Ionosphäre und der Aufnahme des Mondes mit einer HDTV-Fernsehkamera. Die beiden etwa Waschmaschinen-großen Subsatelliten VRAD und Relay Satellite unterstützen die Muttersonde vor allem bei der Kommunikation mit der Erde und der Vermessung des Schwerefeldes. Außerdem beobachtet eine Kamera die obere Atmosphärenschichten der Erde.

DLR Beteiligung

An der Auswertung der Daten des Laser Altimeters ist auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Dr. Jürgen Oberst und seinen Mitarbeitern beteiligt.  Erstmalig gelang es, eine globale topographische Karte der Mondoberfläche zu erstellen, inklusive beider polaren Gebiete (die während der früheren Clementine Mission nicht abgedeckt werden konnten).  So konnten grundlegende geodätische Parameter des Mondes (Radius, globale Form und Verschiebung von Massen- und Figurenmittelpunkt) deutlich verbessert werden.  Die Karte hat eine etwa 10 x höhere Auflösung als das bisherige Clementine Modell.  Die Intervalle zwischen den Messpunkten betragen ca. 1.6 km entlang der Flugbahn von SELENE.  Die Genauigkeit der einzelnen Höhenmessungen beträgt etwa 5 Meter.

Durch gemeinsame Auswertung von Topographie und Schwerefeld konnte eine Karte der Krustenmächtigkeit erstellt werden.  Mit Hilfe genauer Topographie konnten außerdem die Beleuchtungsbedingungen in den Polgebieten eingehend untersucht werden.  Dabei konnten polnahe Krater identifiziert werden, deren Böden sich in permanenten Schatten befinden.  Wegen der dort vorherrschenden extrem niedrigen Temperaturen beherbergen diese Krater möglicherweise Wassereis.

Literatur:

Araki, H. et al., Lunar Global Shape and Polar Topography Derived from Kaguya-LALT Laser AltimetryScience, Volume 323, Issue 5916, pp. 897 - , 2009.


Contact
Prof.Dr. Jürgen Oberst
German Aerospace Center

Institute of Planetary Research
, Planetary Geodesy
Tel: +49 30 67055-336

Fax: +49 30 67055-402

E-Mail: Juergen.Oberst@dlr.de
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