Mission in Planung/EntwicklungDESTINY+ und DESTINY+ Dust Analyzer – Kosmischer Staub bietet Einblicke in die Entwicklung des Sonnensystems
Geplanter Start: 2028
Kosmischer Staub ist in unserem gesamten Sonnensystem verteilt. Anders als unser Staub zu Hause ist besteht er typischerweise aus Silikaten, Kohlenstoffverbindungen, Eisen und Nickel und stammt aus ganz unterschiedlichen Quellen, auch von außerhalb unseres Sonnensystems. Je nach Entstehungsort der Partikel unterscheidet man daher zwischen Interplanetarem und Interstellarem Staub.
Der Staub entsteht auf mehrere Arten: Einerseits durch Kollisionen, beispielsweise wenn ein Körper auf einem Mond einschlägt, oder im Asteroidengürtel unseres Sonnensystems, wenn zwei Asteroiden aufeinandertreffen. Eine zweite Quelle ist Wärme: Wenn sich beispielsweise Kometen in der Nähe der Sonne befinden, wird Eis verdampft und reißt Staubpartikel mit sich, was dann als Schweif zu erkennen ist. Weiterhin stammt kosmischer Staub aus vulkanischer Aktivität. So schleudert der vulkanisch aktive Jupitermond Io extrem kleine Partikel aus seinen Vulkanfontänen in den Weltraum, die sogar im interplanetaren Raum nachweisbar sind. Auch der Saturnmond Enceladus erzeugt weit ins All reichende Eisfontänen. Darüber hinaus existiert in unserem Sonnensystem eine ausgedehnte Staubwolke, bekannt als Zodiakallichtwolke.
Neben diesem interplanetaren Staub dringt zudem stetig interstellarer Staub von außen in das Sonnensystem ein, der bei der Explosion von Sternen, sogenannten Supernovae, entsteht.
All diese verschiedenen Arten von Staubteilchen tragen wertvolle Informationen über ihre Herkunft und ihre Entwicklung in sich und erlauben so Rückschlüsse auf ihre Herkunftskörper. Ihre Analyse ermöglicht Einblicke in die Entstehung und die frühe Entwicklung des Sonnensystems und anderer Sternensysteme. Diesen Staub zu untersuchen ist für die Wissenschaft von großem Interesse. Dies kann einen Teil zur Beantwortung der Frage beitragen, wie das Sonnensystem entstanden ist, oder ob vielleicht so Leben oder dessen Bausteine auf die Erde kamen. Daher entwickelt ein Team des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) an der Universität Stuttgart zusammen mit Forschenden aus Japan das Staubteleskop DESTINY+ Dust Analyzer (DDA).
DDA soll in der Lage sein, die chemischen Zusammensetzungen von kosmischen Staubpartikeln, sowie ihre physikalischen Eigenschaften, wie Masse, Geschwindigkeit und Herkunft, zu analysieren – ein Ziel, das DDA an Bord der Raumsonde DESTINY+ erfüllen soll.
DESTINY+ auf dem Weg zu den Asteroiden Apophis und Phaeton
DESTINY+ ist eine Mission der japanischen Raumfahrtagentur JAXA. Die Mission soll 2028 vom Raumfahrtbahnhof auf Tanegashima zur Reise in das innere Sonnensystem gestartet werden.
Zunächst wird DESTINY+ den Asteroiden Apophis ansteuern. Dieser wird Mitte April 2029 sehr nahe an der Erde vorbeifliegen. Anschließend wird sich die Sonde auf den Weg zum Asteroiden 3200 Phaeton aufmachen. Er ist besonders interessant, da er relativ viele Staubpartikel freisetzt und als Ursprung der Geminiden-Meteorschauer gilt. DESTINY+ wird auch die Beschaffenheit von Phaeton untersuchen. Je nach technischem Zustand kann die Sonde im Anschluss eventuell weitere Asteroiden ansteuern und untersuchen.
Für die Erreichung der wissenschaftlichen Ziele der Mission ist die Sonde neben dem deutschen Staubteleskop DDA zusätzlich auch mit zwei optischen Kameras aus Japan ausgerüstet. Parallel zu den wissenschaftlichen Zielen ist die Mission auch eine Technologiedemonstration für zukünftige Missionen zu Asteroiden und Kometen.
Phaeton – ein Asteroid mit kometenähnlichen Eigenschaften
Phaeton besitzt mehrere Besonderheiten, die seine Erforschung besonders interessant machen. Mit nahezu sechs Kilometern Durchmesser zählt er zu den größten erdnahen Asteroiden und kreuzt regelmäßig die Umlaufbahn der Erde. Ein Einschlag eines solchen Objekts hätte verheerende Folgen, weshalb detaillierte Kenntnisse über diese Art von Himmelskörpern von großer Bedeutung sind.
Zudem nähert sich Phaeton auf seiner stark exzentrischen Umlaufbahn der Sonne deutlich stärker als andere Objekte – sogar näher als der sonnennächste Planet Merkur. In Sonnennähe erhitzt sich seine Oberfläche dabei auf rund 700 Grad Celsius oder mehr. Während dieser extremen Erwärmung stößt Phaeton eine dichte Staubwolke aus, die auf der Erde als Geminiden-Meteorschauer immer im Dezember eines jeden Jahres sichtbar wird. Ein solches Verhalten ist eigentlich typisch für Kometen, die aufgrund ihres hohen Eisanteils nahe der Sonne sublimieren und dabei einen Schweif bilden, der auch Staub enthält. Phaeton hingegen ist ein fester Gesteinsbrocken, der bei diesen Temperaturen nicht schmelzen kann. Die Untersuchung durch DESTINY+ soll daher helfen, den Mechanismus zu verstehen, der dem ungewöhnlichen Staubauswurf zugrunde liegt.
Kosmischer Staub – Ursprung des Lebens?
Das Staubteleskop DDA hat die Aufgabe, kosmischen Staub einzufangen und detailliert zu untersuchen. Es ist möglich, dass Staubteilchen vor Milliarden Jahren die Grundbausteine des Lebens auf unseren Planeten gebracht haben. Seine Analyse kann daher nicht nur Hinweise auf die Entstehung des Sonnensystems liefern, sondern auch auf die Entwicklung biologischer Grundlagen. Um eine möglichst große Vielfalt an Staub aus unterschiedlichen Regionen zu erfassen, wird DDA bereits kurz nach dem Start aktiviert und während der gesamten Mission durchgehend betrieben.
DDA stellt dabei eine Weiterentwicklung des Cosmic Dust Analyzer (CDA) dar, der an Bord der Raumsonde Cassini von 2004 bis 2017 erfolgreich Staub in der Umgebung des Saturn untersucht hat. Im Vergleich dazu wird DDA die chemische Zusammensetzung der Staubpartikel aber mit deutlich höherer Genauigkeit bestimmen und zusätzlich die Massen, Geschwindigkeiten, Flugrichtungen und elektrischen Ladungen der einfallenden Partikel messen.
Deutsche Technik für eine internationale Mission
DDA wird vom Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart entwickelt. Die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR fördert das Projekt mit Mitteln des Bundes. Wissenschaftlich betreut wird die Mission durch Forschende des IRS in Stuttgart, des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen, der Freien Universität Berlin (FUB), des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg sowie des Planetary Exploration Research Center (PERC) in Tokio, Japan.
