11. Juni 2015

Wie die Na­del im Heu­hau­fen: Die Su­che nach Phil­ae

Mög­li­che Kan­di­da­ten für Phil­ae
Bild 1/6, Credit: ESA/Rosetta/NAVCAM; ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Mögliche Kandidaten für Philae

Lan­der Phil­ae wä­re auf Auf­nah­men der OSI­RIS-Ka­me­ra nur we­ni­ge Pi­xel groß. Bei meh­re­ren Bil­der scheint der Lan­der ab­ge­bil­det zu sein - doch ge­naue­re Un­ter­su­chun­gen lie­ßen die meis­ten Kan­di­da­ten un­ter den Bil­dern durch­fal­len. Von den auf die­ser Auf­nah­me der Na­vi­ga­ti­ons­ka­me­ra ver­or­te­ten OSI­RIS-Bil­dern zeigt nur noch die Auf­nah­me oben links ei­nen viel­ver­spre­chen­den Kan­di­da­ten.
Gebiet des Landeplatzes von Philae
Ge­biet des Lan­de­plat­zes von Phil­ae
Bild 2/6, Credit: Ellipse: ESA/Rosetta/Philae/CONSERT; Bild: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Gebiet des Landeplatzes von Philae

Mit Mes­sun­gen des In­stru­ments Con­sert, das so­wohl auf Lan­der Phil­ae als auch auf Or­bi­ter Ro­set­ta in­stal­liert ist, wur­de der Stand­ort von Phil­ae auf dem Ko­me­ten Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko bis­her auf ei­ne El­lip­se von 16 mal 160 Me­tern ein­ge­grenzt (rot mar­kiert).
Viel­ver­spre­chen­der Kan­di­dat für Phil­aes Stand­ort
Bild 3/6, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Vielversprechender Kandidat für Philaes Standort

Im Ver­gleich drei­er Auf­nah­men der OSI­RIS-Ka­me­ra sind hel­le Fle­cken er­kenn­bar - dies könn­te Lan­der Phil­ae auf dem Ko­me­ten Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko sein. Die ers­te Auf­nah­me (l.) zeigt das Ge­biet am 22. Ok­to­ber 2014 - al­so vor Phil­aes Lan­dung. Die zwei­te Auf­nah­me (M.) vom 12. De­zem­ber 2014 so­wie die drit­te Auf­nah­me (r.) vom 13. De­zem­ber 2014 zei­gen im Un­ter­schied zur ers­ten Auf­nah­me meh­re­re hel­le Pi­xel. Al­ler­dings war Phil­ae zur Auf­nah­me­zeit im De­zem­ber nur we­nig von der Son­ne be­leuch­tet. Zu­dem liegt die­se mög­li­che Lan­des­tel­le au­ßer­halb der be­rech­ne­ten Lan­de-El­lip­se.
Ani­ma­ti­on: Auf der Su­che nach Phil­ae
Bild 4/6, Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Animation: Auf der Suche nach Philae

Die­se Ani­ma­ti­on zeigt ei­nen Zoom in ei­ne Auf­nah­me der OSI­RIS-Ka­me­ra vom 13. De­zem­ber 2014. Zu dem Zeit­punkt be­fand sich der Ro­set­ta-Or­bi­ter in ei­ner Ent­fer­nung von 20 Ki­lo­me­tern vom Ko­me­ten Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko. Zu er­ken­nen sind meh­re­re hel­le Fle­cken, die den Lan­der Phil­ae zei­gen könn­ten. Zum En­de der Ani­ma­ti­on ist ein viel­ver­spre­chen­der Kan­di­dat für Phil­aes Lan­de­platz zu se­hen.
Si­mu­lier­te Be­leuch­tung von Lan­der Phil­ae
Bild 5/6, Credit: DLR.

Simulierte Beleuchtung von Lander Philae

Die­se Gra­fik des Deut­schen Zen­trums für Luft- und Raum­fahrt (DLR) zeigt, wie die Son­ne am 13. De­zem­ber 2014 das Lan­de­ge­rät Phil­ae be­leuch­te­te. Die­se An­ga­ben sind wich­tig, um mög­li­che Auf­nah­men von Phil­ae an sei­nem Stand­ort zu über­prü­fen. In die­sem Fall wä­re le­dig­lich der blau dar­ge­stell­te Be­reich sei­ner So­lar­pa­ne­le von der Son­ne an­ge­strahlt. Phil­ae wä­re da­her auf ei­ner Auf­nah­me auch nur we­ni­ge hel­le Pi­xel groß.
Hel­le Re­flek­tio­nen auf Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko
Bild 6/6, Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

Helle Reflektionen auf Churyumov-Gerasimenko

Zoomt man nah an das Ge­biet auf Ko­met Chu­ryu­mov-Ge­r­asi­men­ko, das in­ner­halb der be­rech­ne­ten Lan­de-El­lip­se liegt, sind gleich meh­re­re hel­le Fle­cken zu er­ken­nen - ei­ner könn­te Lan­der Phil­ae sein, die üb­ri­gen sind Re­flek­tio­nen auf Struk­tu­ren der Ko­me­teno­ber­flä­che.

Als am 15. November 2014 um 1.15 Uhr die Batterie leer war und Lander Philae nach fast 60 Stunden Betrieb auf dem Kometen Churyumov-Gerasimenko in Winterschlaf ging, tat er dies an einem Ort, mit dem niemand gerechnet hatte: Philae war nach der ersten Landung abgeprallt und landete nach einigen Hüpfern schließlich an seinem jetzigen Standort. Doch wo exakt der Lander nun steht, konnte bis heute noch nicht herausgefunden werden. "Wir konnten seinen aktuellen Standort bisher auf einen Bereich von 16 mal 160 Meter eingrenzen", erläutert Philae-Projektleiter Dr. Stephan Ulamec vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Suche nach dem dreibeinigen Landegerät auf den Aufnahmen der OSIRIS-Kamera erweist sich als schwierig, denn Philae wäre selbst bei voller Beleuchtung durch die Sonne nur wenige Pixel groß. Gleich auf mehreren Bildern könnte Philae zu sehen sein – oder auch nicht. Seit dem 30. Mai 2015 horchen die Ingenieure und Wissenschaftler des Lander-Kontrollzentrums des DLR auch wieder auf Lebenszeichen ihres Landers. "Mit jedem Tag, den der Komet näher in Richtung Sonne fliegt, steigen für Philae die Chancen, dass er genug Energie und Wärme erhält."

Landeplatz mit Schatten und Kälte

Zwei Stunden dauerten am 12. November 2014 die Hüpfer, mit denen Philae von seinem ursprünglichen Landeplatz Agilkia zu seinem etwa einen Kilometer entfernten heutigen Landeplatz Abydos flog. Die Harpunen, mit denen Philae sich hätte verankern sollen, feuerten nicht – und die Eisschrauben in seinen Füßen konnten das Landegerät nicht ausreichend befestigen. Für das Team im DLR-Kontrollraum fing nach der spektakulären Landung die Arbeit erst richtig an: Fast 60 Stunden betrieben sie den Lander, kommandierten seine zehn Instrumente an Bord und drehten ihn am Ende auch noch in Richtung Sonnenstrahlen. Schon damals wusste man: Dort, wo er nun steht, ist es sehr schattig und kalt. Die Sonne erreicht den Lander an jedem 12,4-Stunden-Kometentag nur für knapp anderthalb Stunden. Thermalsonde MUPUS versuchte, sich in den Kometen zu hämmern, stieß auf eine harte Eisschicht und konnte Temperaturen bis unter minus 180 Grad Celsius messen. "Die Aufnahmen der ROLIS- sowie der CIVA-Kamera zeigen uns außerdem eine eher zerklüftete, schattige Umgebung, sehr wahrscheinlich steht der Lander auch ein wenig schräg – aber die genaue Position von Philae konnten wir noch nicht herausfinden", erläutert DLR-Wissenschaftler Stephan Ulamec.

Pixel für Pixel auswerten

Zumindest nach dem ersten Touchdown konnten Navigations- und OSIRIS-Kamera noch Bilder von Philae über der Kometenoberfläche aufnehmen. Kurz vor der letzten Landung blickte die OSIRIS-Kamera auf die Hatmehit-Region auf dem Kopf des Kometen - und entdeckte im sehr dunklen Schatten einen etwas weniger dunklen Punkt. Dieser zeigt den Lander Philae oberhalb eines Kraterrandes direkt auf dem Kopf des entenförmigen Kometen. Das Landegerät hat allerdings einen Durchmesser von gerade einmal einem Meter - auf den Aufnahmen der Kameras sind dies nur wenige helle Pixel. „Es ist extrem schwierig, den Lander in dem unebenen Gelände zu orten und mit Sicherheit zu sagen: Dort steht Philae“, erläutert Dr. Ekkehard Kührt, Planetenforscher am DLR und Mitglied des OSIRIS-Teams. „Hinzu kommt, dass sich Rosetta aus Sicherheitsgründen wegen der zunehmenden Aktivität des Kometen immer weiter von diesem entfernen muss.“ Nur im peniblen Vergleich von Aufnahmen vor und nach der Landung könnte Philae auf den Bildern entdeckt werden. Doch dazu müssten im Idealfall Entfernung und Sonneneinstrahlung der zeitlich verschiedenen Aufnahmen identisch sein. Und ist ein heller Punkt entdeckt, könnte dies beispielsweise auch die Reflektion eines Geröllbrockens auf der Kometenoberfläche sein, die je nach Sonnenstand im Bild erkennbar ist.

Viele gescheiterte und einige vielversprechende Kandidaten

Zudem muss der Standort auch noch weitere Bedingungen erfüllen: Er muss mit den rekonstruierten Flugbahnen des Landers übereinstimmen und zumindest nahe an der mit dem CONSERT-Instrument bisher definierten Lande-Ellipse von 16 mal 160 Meter liegen. Für einige mögliche Philae-Entdeckungen auf OSIRIS-Bilder waren diese Einschränkungen bereits das Ende - die genauere Analyse zeigte, dass die hellen Pixel nicht Philae an seinem finalen Landeplatz zeigen konnten.

Ein vielversprechender Kandidat unter den OSIRIS-Aufnahmen beispielsweise könnte Philae etwas außerhalb der berechneten Lande-Ellipse zeigen. Dabei verglichen Wissenschaftler des OSIRIS-Teams Bilder vom 22. Oktober 2014 – also vor der Landung von Philae aufgenommen – mit Bildern vom 12. und 13. Dezember – also exakt einen Monat nach der Landung aufgenommen. Am 22. Oktober 2015 betrug der Abstand etwa zehn Kilometer vom Kometenkern, im Dezember etwa 20 Kilometer. Das Ergebnis: Gleich auf zwei Aufnahmen im Dezember ist ein heller Fleck zu sehen – und somit eventuell Philae. Simulationen des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt zeigen aber, dass Philae zum Zeitpunkt der Aufnahme am 13. Dezember 2014 nur wenig von der Sonne angeleuchtet wurde: "Die Sonne hat in diesem Moment nicht die unteren Bereiche des Landers angestrahlt", erläutert Valentina Lommatsch vom Lander-Kontrollraumteam des DLR. Somit wäre seine Reflektion auch nur auf wenigen Pixeln der Aufnahme aus 20 Kilometern Entfernung zu sehen.

Horchen auf Philaes Ruf

Philaes exakter Standort könnte ermittelt werden, wenn der Lander wieder aus seinem Winterschlaf aufwacht und weitere wissenschaftliche Daten liefert. Dafür benötigt er mindestens fünf Watt sowie eine Betriebstemperatur über minus 45 Grad Celsius. Erst dann schaltet er sich selbständig in den Betriebsmodus. Etwas mehr Energie, nämlich insgesamt 19 Watt, benötigt er, um wieder mit dem DLR-Team am Boden kommunizieren zu können. Damit die Kommunikationseinheit an Bord der Rosetta-Sonde aber auch den Ruf von Philae hören und weiterleiten kann, muss die Konstellation der beiden zueinander günstig sein. Zurzeit fliegt Orbiter Rosetta in Abständen von etwa 200 Kilometern um den Kometen. Seitdem Churyumov-Gerasimenko immer aktiver wird und Gas- sowie Staubfontänen ins All verströmt, ist der Flug für Rosetta noch anspruchsvoller geworden. "Das Team am DLR-Lander-Kontrollzentrum hat sich in den vergangenen Wochen auf den Betrieb von Philae und seiner Instrumente vorbreitet – jetzt hoffen wir, dass er sich bei uns meldet", sagt Philae-Projektleiter Stephan Ulamec.

Die Mission

Rosetta ist eine Mission der ESA mit Beiträgen von ihren Mitgliedsstaaten und der NASA. Rosettas Lander Philae wird von einem Konsortium unter der Leitung von DLR, MPS, CNES und ASI beigesteuert.

Kontakt
  • Manuela Braun
    Stra­te­gi­sche Kom­mu­ni­ka­ti­on Raum­fahrt
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Pro­gramm­stra­te­gie Raum­fahrt­for­schung und -tech­no­lo­gie
    Telefon: +49 2203 601-3882
    Hansestraße 115
    51149 Köln
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  • Dr. Stephan Ulamec
    Pro­jekt­lei­ter Phil­ae Lan­der
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Raum­flug­be­trieb und Astro­nauten­trai­ning
    Nutzer­zen­trum für Welt­raum­experi­mente (MUSC)
    Münchener Straße 20
    82234 Weßling
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