Projekt Rosetta
Ausstellung: Kometen. Die Mission Rosetta
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  • Selfie des Landers Philae vor dem Mars
    "Selfie" des Landers Philae mit der ÇIVA-Kamera

    Am 25. Februar 2007 flog Rosetta in gerade einmal 250 Kilometer Höhe über die Oberfläche des Mars, um in einem Swing-by-Manöver Bahn und Geschwindigkeit der Sonde zu verändern. Die ÇIVA-Kamera an Bord des mitgeführten Landemoduls Philae nahm dieses "Selfie" aus einer Entfernung von etwa 1.000 Kilometern auf.

  • Kamerasystem OSIRIS %2d Herzstück der Experimente an Bord von Rosetta
    Kamerasystem OSIRIS - Herzstück der Experimente an Bord von Rosetta

    OSIRIS besteht aus einer Tele- und einer Weitwinkelkamera zur Beobachtung des Kerns und seiner Koma-Umgebung.

  • Die Entdecker von 67P/Churyumov%2dGerasimenko: Swetlana Gerassimenko und Klim Tschurjumow
    Die Entdecker des Kometen: Swetlana Gerassimenko und Klim Tschurjumow

    Die namensgebenden Entdecker von 67P, Swetlana Gerassimenko und Klim Tschurjumow im Labor.

Raumsonden ermöglichen fundamentale Einblicke in unsere kosmische Nachbarschaft und damit auch unsere Herkunft. Europa setzte sich mit der Mission Rosetta ein ehrgeiziges Ziel: die Beobachtung eines Kometen aus nächster Nähe über fast zwei Jahre hinweg - inklusive Landung.

Rosetta: eine visionäre Idee

Noch während der Mission Giotto zum Kometen Halley in den Jahren 1985/86 wurde eine gewagte Idee geboren: Die Wissenschaftler wollten einen Kometen nicht nur während eines raschen Vorbeifluges untersuchen, sondern ihn mit einem Orbiter über einen längeren Zeitraum im inneren Sonnensystem begleiten. Der Komet sollte erreicht werden, bevor er seine Aktivität entwickelt, um dann mit ihm bis zu seinem sonnennächsten Punkt zu fliegen, wo er am meisten Staub und Gas verliert. Danach kann die Raumsonde die wieder abnehmenden Staub- und Gasausbrüche untersuchen.

Der ursprüngliche Plan sah sogar vor, zusammen mit der NASA vom Kern des Kometen Proben einzusammeln und diese zur Erde zu bringen, um sie im Labor untersuchen zu können. Diese kühne Vision musste jedoch verworfen werden.

Das neue Konzept war aber kaum minder ehrgeizig: Ein Labor sollte mit einem Landegerät auf dem Kometen abgesetzt werden, um diesen Kometen über mehrere Wochen vor Ort zu untersuchen. Als wissenschaftliche Hauptziele wurden die Erforschung der kometaren Aktivität und die Gewinnung neuer Erkenntnisse zur Entwicklung des Sonnensystems formuliert. Eine solche Mission würde auch im Wissenschaftsprogramm der Europäischen Weltraumorganisation ESA eine herausragende Rolle spielen.

1994 beschloss die ESA, dass es zu einem mehrmonatigen Rendezvous mit einem Kometen kommen soll, mit der Möglichkeit zur Mitnahme von ein oder zwei kleinen Landegeräten. Die Mission Rosetta war geboren.

  Experiment MUPUS - Mit einem elektrischen Hämmer-Mechanismus zum Eindringen bis in eine Tiefe von 30 Zentimetern ausgestattet, maß MUPUS die Temperatur an und unter der Oberfläche des Kometen sowie die thermische Leitfähigkeit des Bodens; (c) Centrum Badan Kosmicznych PAN/Space Research Center PAS

Der Rosetta-Orbiter und Philae

Auf dem Rosetta-Orbiter wurden mit elf Instrumenten zahlreiche wissenschaftliche Experimente durchgeführt. An einer Seite war außerdem das Landemodul Philae befestigt, das im November 2014 von der Muttersonde abgetrennt wurde und wenige Stunden später auf dem Kometen landete.

Die Instrumente auf dem Orbiter haben zusammen eine Masse von 165 Kilogramm. Sie dienten zum einen dazu, den Kometen aus der Distanz zu beobachten, wie zum Beispiel mit der Kamera OSIRIS oder dem Spektrometer VIRTIS. Rosetta kam aber in der Koma auch in direkten Kontakt mit Kometenmaterial, nahm Gase aus ihr auf und analysierte sie. Staubteilchen, die sich vom Kometenkern gelöst hatten, wurden eingefangen und mit den Experimenten GIADA, MIDAS sowie COSIMA direkt an Bord untersucht. 

Philae hatte weitere zehn Instrumente an Bord, einschließlich der Kameras ÇIVA und ROLIS sowie der Analyseinstrumente COSAC, Ptolemy und APX. Hinzu kamen Instrumente wie MUPUS und SESAME, mit denen physikalische Eigenschaften der Oberfläche untersucht wurden.

Nach der Ankunft von Rosetta im August 2014 in einem Abstand von über 400 Millionen Kilometern zur Erde beobachtete der Orbiter den Kometen zunächst ein Jahr lang bis zu dessen maximaler Annäherung an die Sonne. Anschließend führte die Bahn den Kometen mit der Sonde als Begleiter wieder aus dem inneren Sonnensystem heraus.

Philae setzte im November 2014 auf dem Kometen auf und konnte drei Tage lang Messungen durchführen. Seither sendet Philae, von einem kurzen 'Aufwachen' im Sommer 2015 abgesehen, keine Daten mehr.

Elf plus zehn Experiment

Die umfassende Untersuchung der Geologie, Struktur und Topografie eines Kometen, seiner physikalischen Eigenschaften und der chemischen Bestandteile von Kern, Koma und Staubbeziehungsweise Plasmaschweif erfordern den Einsatz unterschiedlichster Methoden und Instrumente. Die meisten Experimente und Messungen auf Rosetta wurden naturgemäß aus der Distanz durchgeführt, doch einige Geräte kamen auch in der Umlaufbahn in Kontakt mit Kometenmaterial. Auf Rosetta und Philae kamen zur Erforschung des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko folgende Experimente zum Einsatz:

Experimente auf Rosetta

Optische Systeme Fotografie und Spektroskopie von Kern und Koma im UV über sichtbares Licht bis zum nahen Infrarot: OSIRIS, ALICE, VIRTIS
Mikrowellen Messung von Komagasen und oberflächennahen Temperaturen im Kern: MIRO
Radarsondierung Untersuchung der inneren Struktur des Kerns: CONSERT
Analytik Gase, Ionen und Isotopenverhältnisse in der Koma: ROSINA
Physikalische Parameter und Zusammensetzung des Kometenstaubs: COSIMA, GIADA, MIDAS
Magnetometer Plasma und Magnetfelder: RPC
Doppler-Verschiebungen im Funkverkehr Untersuchung der Radiowellen zur Erfassung von Masse und Dichte des Kerns: RSI

Experimente auf Philae

Optische Systeme Aufnahmen vor, während und nach der Landung: ÇIVA, ROLIS
Magnetometer Staub- und Eisproben von der Oberfläche des Kometenkerns: SD2
Analytik

Elementzusammensetzung, Oberflächenchemie und
-mineralogie: APXS (Alphateilchen/

Röntgenspektroskopie), COSAC, PTOLEMY (Massenspektrometer und Gaschromatograf)
Kometenphysik Messung der thermalen, mechanischen und elektrischen Oberflächeneigenschaften: MUPUS, SESAME
Radarsondierung Untersuchung der inneren Struktur des Kerns: CONSERT
Magnetometer Messungen von Magnetfeld und Plasma: ROMAP

Wie funktioniert Rosetta?

Rosettas quaderförmiger Satellitenkörper hat Kantenlängen von 2,80 Meter mal 2,10 Meter mal 2,0 Meter, ferner eine große Antenne zur Datenübertragung und je zwei seitlich angebrachte Solarpanele zur Stromerzeugung. Die gesamte Spannweite beträgt 32 Meter. An der Seite befestigt, führte es das ungefähr 100 Kilogramm schwere Landemodul Philae mit. Drallräder stabilisieren die Raumsonde in alle drei Raumrichtungen. Die Startmassebetrug drei Tonnen, davon waren die Hälfte Hydrazin-Treibstoff und Oxidator.

Die beiden je 14 Meter langen Solarpanele lieferten während der Mission elektrische Energie für das System und die Instrumente. In der dreifachen Sonne-Erde- Entfernung war das eine Leistung von etwa einem Kilowatt. Für die Übertragung der Daten zur Satellitensteuerung und der Experimentergebnisse sorgten eine bewegliche Parabolantenne mit 2,20 Meter Durchmesser und 28 Watt Sendeleistung sowie kleinere Antennen mit geringerer Kapazität. Die Datenrate für Kommandos von der Erde zu Rosetta betrug 2 Kilobit pro Sekunde - umgekehrt konnte Rosetta mit einer Rate zwischen 5 und 20 Kilobit pro Sekunde - einem Bruchteil der Rate heutiger Mobilfunkverbindungen - Daten zur Erde übertragen, abhängig von der Entfernung der Sonde zur Erde.

Die Steuerung von Rosetta oblag dem Raumfahrt-Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt. Die Kommunikation zwischen Sonde und Bodenstation erfolgte über die drei ESA-Empfangsstationen in Spanien, Argentinien und Australien. In kritischen Phasen konnte die ESA auch auf die Antennen des Deep Space Network der NASA zurückgreifen. Die Landesonde Philae hingegen wurde vom Lander Control Center beim DLR in Köln und vom Science Operations and Navigations Center der französischen Weltraumagentur CNES in Toulouse betrieben und gesteuert.

Das Ziel: Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko

Nach einem Fehlstart einer Ariane-Trägerrakete am 11. Dezember 2002 wollte die ESA für Rosetta nicht zu Beginn des darauf folgenden Jahres das Risiko eingehen, die Mission mit diesem Raketentyp zu starten. Er wurde auf 2004 verschoben. Das bedeutete, dass der bisherige Zielkomet 46P/Wirtanen im geplanten Zeitrahmen nun nicht mehr erreichbar war. Es musste kurzfristig ein neues Ziel gesucht und gefunden werden. Die ESA entschied sich für den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko, später meist kurz 'Tschuri' genannt. Er war 1969 von Swetlana Gerassimenko und Klim Tschurjumow entdeckt worden und gehört - wie Wirtanen - zu den Kometen der Jupiterfamilie mit maximalem Sonnenabstand in der Nähe der Jupiterbahn.

Bis ins Jahr 1840 lag der sonnennächste Punkt der Umlaufbahn von 'Tschuri', das Perihel, bei vier Astronomischen Einheiten (AE), also dem Vierfachen der Erde-Sonne-Distanz von knapp 150 Millionen Kilometern. Nach zwei nahen Vorbeiflügen an Jupiter reduzierte sich das Perihel bis ins Jahr 1959 auf 1,24 AE. Am sonnenfernsten Punkt, dem Aphel, trennen den Kometen heute 5,68 AE von der Sonne, und seine Umlaufzeit beträgt nun etwa 6,5 Jahre. Der Orbit ist zur Ekliptik, also der Ebene der Erdumlaufbahn, um sieben Grad geneigt. Erste Bilder des Kometenkerns im Jahr 2003 ließen einen ovalen Himmelskörper von drei mal fünf Kilometer Größe vermuten.

Steckbrief des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko

Umlaufbahn (bis 1840)

Perihel: 4 AE (bis 1840)

Umlaufbahn (seit 1959)

Perihel: 1,24 AE

Aphel: 5,68 AE

Neigung der Umlaufbahn
Periode 6,5 Erdjahre
Volumen 18,7 km3
Masse 9,98 Billionen kg
Dichte 0,533 g/cm3
Rotationsperiode 12,4 Stunden

Tour durchs innere Sonnensystem

Da Rosetta nicht einfach nur schnell an einem Kometen vorbeiflog (wie etwa Giotto), sondern diesen auf seiner Bahn um die Sonne begleitete, musste die Bahn an die des Kometen angepasst werden. Dies erforderte große Änderungen in der Geschwindigkeit und Richtung. Sie wurden praktisch erzielt, indem die Sonde durch nahe Vorbeiflüge an Erde und Mars Schwung holte - also durch ein sogenanntes Swing-by-Manöver: Dabei überträgt der massereiche Planet einen unmerklich kleinen Teil seiner Bewegungsenergie auf das vergleichsweise winzige Raumschiff.

  Rosettas Reise durch das Sonnensystem (Ein Klick auf das Bild öffnet die Großansicht.); (c) DLR CC-BY 3.0

Dadurch ergab sich jedoch eine sehr lange Flugzeit von circa zehn Jahren. Rosetta umrundete dabei auf ähnlichen Bahnen wie die der Planeten mehrfach die Sonne und näherte sich dabei immer wieder mit hoher Geschwindigkeit einem der inneren Planeten an. Dreimal holte Rosetta auf diese Art bei den genau berechneten, sehr nahen Vorbeiflügen Schwung an der Erde und einmal beim Mars.

Die Bahn der Sonde wurde nun stark exzentrisch und führte immer tiefer ins Sonnensystem. Das mehrmalige Durchkreuzen des Asteroidengürtels konnte dabei genutzt werden, um zwei Asteroiden - Šteins und Lutetia - während kurzer Vorbeiflüge zu untersuchen. Außerdem gelang es 2005, Aufnahmen vom Kometen Tempel 1 zu machen und damit die Deep Impact-Mission der NASA zu unterstützen. Rosetta hat bis zur Ankunft bei 67P/Churyumov-Gerasimenko etwa 6,4 Milliarden Kilometer zurückgelegt und den Kometen bis September 2016 auf weiteren 1,6 Milliarden Kilometern begleitet.

  Am 10. Juli 2010 passierte Rosetta den etwa 100 Kilometer großen Asteroiden Lutetia in etwa 3000 Kilometer Entfernung. Lutetia ist ein vergleichsweise massereicher Asteroid mit hohem Eisenanteil; (c) ESA 2010 MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA

Vorbeiflug an Šteins und Lutetia

Am 10. Juli 2010 flog Rosetta in einer Entfernung von 3.169 Kilometern an dem Asteroiden (21) Lutetia vorbei. Mit einem Durchmesser von circa 106 Kilometern ist Lutetia einer der größten Asteroiden, groß genug, um die Zusammenstöße im Asteroidengürtel zu überstehen. Seine hohe Dichte (3,4 Gramm pro Kubikzentimeter) legt nahe, dass er einen schwereren, mit Metall angereicherten Kern und eine etwas leichtere Gesteinskruste und -oberfläche hat. Damit stellt dieser Kleinkörper einen Übergang dar zu den größten Asteroiden wie Vesta und zu den Gesteinsplaneten im inneren Sonnensystem.

Zuvor fand am 5. September 2008 der Vorbeiflug an dem Asteroiden (2867) Šteins in einer Entfernung von etwa 800 Kilometern statt. Šteins ist einer von Millionen Asteroiden, die im Sonnensystem zwischen Mars und Jupiter zu finden sind. Mit einem Durchmesser von 4,5 Kilometern zählt er schon zu den größeren dieser Kleinkörper. Seine Form, die er durch schnelle Rotation bekommen hat, ähnelt einem geschliffenen Diamanten. Deutlich sichtbar ist ein großer Einschlagskrater nahe der Rotationsachse. Die Oberfläche aus Geröll, dem sogenannten Regolith, ist mit Einschlagskratern übersät. Dem menschlichen Auge präsentiert sich Šteins unspektakulär grau mit einer leichten rötlichen Tönung.

Zuletzt geändert am:
02.08.2016 15:27:00 Uhr