Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/juno-goettervater-jupiter-bekommt-besuch-1607-121984.html    Veröffentlicht: 08.07.2016 09:05    Kurz-URL: https://glm.io/121984

Raumsonde

Was will Juno beim Jupiter?

Woraus bestehen die verschiedenfarbigen Wolkenbänder in der Atmosphäre des Jupiters? Hat der Gasplanet einen Kern? Wie ist er entstanden? Antworten auf diese Fragen soll die Mission Juno geben: Die Sonde der US-Raumfahrtbehörde Nasa kreist seit einigen Tagen um den größten Planeten unseres Sonnensystems.

Mit dem Chef sollte man es sich tunlichst nicht verscherzen. Das gilt vor allem dann, wenn er der Chef von allem ist. Entsprechend war es den Römern nicht wohl, wenn es blitzte und donnerte. Das war, so glaubten sie, ein deutliches Zeichen dafür, dass der Chefgott Jupiter zürnte.

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Seinem Rang als Göttervater entsprechend gebührte Jupiter auch der größte Planet des Sonnensystems. Den zu erforschen, ist die Aufgabe der Raumsonde, die dieser Tage bei Jupiter eingetroffen ist. Allerdings: Dem Göttervater auf seine Blitzbündel zu schauen, geziemt sich nicht. Der umgibt sich deshalb mit einem angemessenen Schutzschild, der der Sonde ihre Aufgabe reichlich erschwert.

Jupiter ist doppelt so schwer wie alle anderen Planeten zusammen

Seinem Namensgeber entsprechend ist Jupiter riesig: Sein Durchmesser am Äquator ist etwa zwölf Mal so groß wie der der Erde, seine Masse entspricht etwa dem 318-Fachen der Erdmasse und knapp dem 2,5-Fachen der Masse aller anderen sieben Planeten zusammen. In seiner Atmosphäre, deren Zusammensetzung noch nicht geklärt ist, gibt es helle Zonen und dunkle Bänder, die sich unterschiedlich schnell um den Planeten bewegen.

In den weißen, beigen oder braunen Bändern toben immense Stürme. Der markanteste ist der große rote Fleck auf der Südhalbkugel, dessen Durchmesser doppelt so groß ist wie der der Erde. Stilecht gibt es auch Blitze auf Jupiter, und diese können 1.000-mal stärker sein als auf der Erde.

Das Magnetfeld reicht fast bis zum Saturn

Hinzu kommen andere Entladungen: Der größte Planet unseres Sonnensystems hat auch das stärkste Magnetfeld im Sonnensystem. Es ist 10- bis 20-mal so stark wie das der Erde, und es empfängt einen Besucher schon lange, bevor der in eine Umlaufbahn um den Planeten eintritt: Auf der Seite, die der Sonne zugewandt ist, reicht es 5 bis 7 Millionen Kilometer weit in das Weltall.

Auf der Rückseite reicht es noch viel weiter: Durch die Wechselwirkung mit dem Sonnenwind wird es bis auf 700 Millionen Kilometer gestreckt und erreicht fast die Umlaufbahn des Saturn. Das starke Magnetfeld erzeugt Strahlungsgürtel aus elektrisch geladenen Teilchen.

Jupiter hat Ringe

Wie sein Nachbar hat auch der Jupiter Ringe. Anders als die Ringe des Saturn, die aus Eis bestehen und im Sonnenlicht gleißen, sind die Ringe des Jupiter unauffällig. Sie bestehen aus Staubteilchen und sind deshalb kaum zu sehen. Entsprechend blieben sie lange unentdeckt: Die ersten Bilder lieferten die Voyager-Sonden, die den Planeten 1979 passierten.

Wie es unter den Wolken und im Innern des Planeten aussieht, ist aber unklar - durch die Wetterunbilden lässt sich das von der Erde aus nicht erkennen. Das ist eine der Aufgaben des Raumfahrzeuges. Da seine Aufgabe geradezu olympische Ausmaße hat, brauchte es auch einen angemessenen Namen.

Wer ist Juno?

Deshalb hat die US-Raumfahrtbehörde National Aeronautics and Space Administration (Nasa) die Sonde Juno genannt, nach der Gemahlin von Göttervater Jupiter in der römischen Mythologie. Der Körper der Sonde ist ein sechsseitiges Prisma, dessen Seiten jeweils eine Länge von zwei Metern haben. An drei Seiten sind je 9 Meter lange Solarpaneele angebracht, die Juno mit Strom versorgen. Wegen der großen Entfernung zur Sonne liefern sie aber nur 500 Watt.

Darauf sitzt ein Würfel mit einer Kantenlänge von einem Meter, in dem die Bordelektronik untergebracht ist. Ein Zentimeter dicke Wände aus Titan schützen die Komponenten vor Strahlung. Auf dem Würfel sitzt eine einen Meter große Parabolantenne für die Kommunikation mit der Erde.

Juno misst, analysiert ...

In dem Sechseck sind der Antrieb, bestehend aus einem Haupttriebwerk und zwölf kleineren für die Lagekontrolle, sowie die meisten der wissenschaftlichen Instrumente von Juno untergebracht. Das Jovian Auroral Distributions Experiment (Jade) besteht aus Sensoren und untersucht geladene Partikel wie Elektronen und Ionen, die die Polarlichter des Planeten bilden. Der Ultraviolet Imaging Spectrometer (UVS) wird mit Jade zusammenarbeiten: Das Instrument nimmt Bilder der Aurora im ultravioletten Spektrum auf. Jovian Infrared Auroral Mapper (Jiram) macht das Gleiche im nahen Infrarot-Bereich.

Der Name des nächsten Instruments evoziert eher Fiction als Science: Jedi, eine Abkürzung für Jovian Energetic Particle Detector Instrument, analysiert ebenfalls Elektronen und Ionen, allerdings solche mit hoher Energie, insbesondere Wasserstoff-, Helium-, Sauerstoff- und Schwefelionen. Der Microwave Radiometer (MWR) soll Radiowellen aus Jupiters Atmosphäre messen, um Erkenntnisse über die Anteile von Ammoniak und des Wasseranteils darin zu bestimmen. Waves wird die Plasma- und Radiowellen in der Magnetosphäre messen.

... und fotografiert

Die Junocam ist eine optische Kamera, die Bilder von dem Planeten machen soll, vor allem von den Polen. Es ist das erste Mal, dass diese Bereiche fotografiert werden sollen - die bisherigen Bilder sind aus der Äquatorialebene aufgenommen. Der Sensor der Junocam hat eine Auflösung von 1.600 x 1.200 Pixeln. Die Bildauflösung beträgt 15 Kilometer pro Pixel.

Die Kamera wird nicht die ganze Mission über aktiv sein, da die Strahlung sie ebenso wie Jiram schädigen wird. Beide werden voraussichtlich nur sieben bis acht Orbits durchhalten. Dann wird ihnen die Strahlung voraussichtlich so zugesetzt haben, dass sie keine brauchbaren Daten mehr liefern. Daher muss sorgfältig ausgewählt werden, was die Junocam fotografiert. Das bestimmt nicht die Nasa allein. Auch Amateurastronomen können sich an der Auswahl beteiligen.

Der Magnetometer sitzt am Solarpaneel

Weitere Instrumente sind außen an der Sonde: Gravity Science sitzt an der Antenne und soll das Gravitationsfeld kartieren. Am Ende des einen Solarpaneels schließlich sind Magnetometer (Mag), die das Magnetfeld vermessen sollen, sowie der Advanced Stellar Compass (ASC) angebracht. Der beobachtet die Sterne am Himmel und errechnet aus deren Konstellation die Ausrichtung des Raumfahrzeugs.

Schließlich hat Juno noch drei Passagiere an Bord: Lego-Mini-Figuren aus Aluminium. Eine stellt den italienischen Astronomen Galileo Galilei dar, der den Planeten Jupiter als erster mit einem Teleskop studierte und dabei die vier größten von Jupiters 64 Monden entdeckte. Entsprechend hält die Figur den Planeten und ein Fernrohr in den Händen. Die beiden anderen Figuren sind das oberste Paar des römischen Götterhimmels: Jupiter mit Blitzbündel und seine Gemahlin mit Lupe.

Seit knapp fünf Jahren ist das Trio unterwegs.

Junos Reise zum Jupiter

Am 5. August 2011 brachte eine Atlas-V-Trägerrakete Juno auf den Weg. Seither hat das Raumfahrzeug eine Strecke von 2,8 Milliarden Kilometern zurückgelegt. Um Schwung zu holen, passierte Juno dabei einmal die Erde in einem Swing-by-Manöver.

Auf dem Weg zu ihrem Ziel schnappte Juno der Sonde Rosetta noch einen Rekord weg: nämlich das mit Solarzellen betriebene Raumfahrzeug zu sein, das am weitesten von der Sonne entfernt ist. Juno schlug die Kometensonde dabei mit 793 zu 792 Millionen Kilometer.

Im Januar begannen die Vorbereitungen für Joi

Das war im Januar dieses Jahres. Zu der Zeit begann auch Junos Annäherung. Zunächst wurden die Instrumente aktiviert und eingerichtet. Außerdem machte Juno die ersten Bilder von Jupiter und seinen Monden und schickte diese zur Erde. Anfang der Woche wurde es dann Ernst: Die Jupiter Orbit Insertion (Joi) stand an.

Der Eintritt in die Umlaufbahn um den Riesenplaneten galt als eine der schwierigsten Manöver in der Mission. Um alle Störungen oder Schäden zu verhindern, wurde alles abgeschaltet, was dafür nicht benötigt wurde. Joi begann am 1. Juli mit der Übertragung und Aktivierung der Steuersequenz. Das Manöver selbst fand in den frühen Morgenstunden des 5. Juli unserer Zeit statt: Gegen 4:30 Uhr wurde das Triebwerk gezündet. Es bremste die Sonde etwa 35 Minuten lang, damit Jupiters Gravitationsfeld sie einfangen konnte. Um kurz vor 6 Uhr konnte die Nasa melden, dass die JOI erfolgreich war.

Junos Orbit ist elliptisch

Die besondere Herausforderung ist, Juno nahe genug für wissenschaftliche Experimente an Jupiter heranzubringen. Aber die Sonde soll natürlich nicht durch die Strahlung beschädigt werden. Die Nasa hat deshalb einen stark elliptischen Orbit über Jupiters Pole gewählt, auf dem Juno die Strahlungsgürtel vermeidet. Dabei nähert sie sich dem Planeten bis auf weniger als 5.000 Kilometer über den Wolken, die größte Entfernung beträgt 8.000 Kilometer.

So nah war noch kein Raumfahrzeug bisher an Jupiter. In den 1970er-Jahren passierten vier Sonden den Planeten - Pioneer 10 und Pioneer 11 sammelten 1973 und 1974 Daten über die Magnetosphäre und machten Bilder, allerdings noch keine hochaufgelösten. Der nächste Besuch kam 1979: Voyager 1 und Voyager 2 flogen innerhalb weniger Monate an Jupiter vorbei. Sie entdeckten unter anderem die Ringe und Vulkane auf dem Mond Io. Auch schickten sie Bilder zur Erde - sie nahmen die ersten Nahaufnahmen der Atmosphäre auf.

Ulysses flog 1992 am Jupiter vorbei

Erst 1992 flog wieder eine Sonde am Jupiter vorbei: Ulysses passierte ihn in etwa 450.000 Kilometern Entfernung und schwenkte danach in einen Sonnenorbit ein. Die Sonde untersuchte die Magnetosphäre. Zwei Jahre darauf folgte Galileo: Die Sonde kreiste sieben Jahre lang um Jupiter, bevor sie 2003 in seiner Atmosphäre verglühte.

Galileo lieferte schon spektakuläre Bilder aus großer Entfernung: Die Sonde filmte den Einschlag des Kometen Shoemaker-Levy 9 im Juli 1994. Sie untersuchte den Planeten selbst, darunter etwa seine Atmosphäre, und setzte eine Tochtersonde ab, die in die Atmosphäre eintauchte und Daten lieferte, bevor sie durch den Druck zerstört wurde. Galileo erforschte aber auch die Monde und fand beispielsweise flüssiges Wasser unter der Oberfläche von Europa, Ganymed und Kallisto.

Die Galileo-Mission wurde verlängert

Zwar gab es Probleme beim Entfalten der Antenne, so dass die Datenübertragung zur Erde nicht so klappte wie geplant. Dennoch war die Mission ein Erfolg. Sie wurde gleich dreimal verlängert. 2003 verglühte Galileo in der Jupiteratmosphäre. Ursprünglich sollte das schon 1997 geschehen.

Danach flogen noch die Sonden Cassini-Huygens auf ihrem Weg zum Saturn und New Horizons mit Kurs auf Pluto an Jupiter vorbei. Auch sie lieferten wichtige Daten, unter anderem hochaufgelöste Bilder.

Eines konnten sie aber alle nicht: unter die dichte Wolkenschicht schauen.

Junos Mission

Das wird eine der Aufgaben der Gattin des Göttervaters: Mit ihren Instrumenten kann Juno rund 550 Kilometer tief in die Wolken schauen. Zum Vergleich: Die Tochtersonde von Galileo kam 160 Kilometern tief in die Wolken, bis der Funkkontakt abbrach.

Juno soll bestimmen, wie dick die Wolkenschicht ist, die über dem ganzen Planeten liegt. Außerdem soll sie ermitteln, woraus die Atmosphäre besteht. Besonders interessiert die Forscher, wieviel Ammoniak, Methan und Wasser sie enthält.

Des Jupiters Kern

Bei den Vermessungen des Magnetfelds und des Schwerefelds geht es um des Jupiters Kern - im Wortsinn: darum, ob der Gasplanet einen festen, rotierenden Kern hat und, wenn ja, woraus dieser besteht.

Die Zusammensetzung Jupiters ist noch in anderer Hinsicht interessant: Sie soll noch genauso sein wie zur Zeit seiner Entstehung - und damit der des Sonnensystems, denn Jupiter war mutmaßlich der erste Planet, der sich gebildet hat. Wegen der großen Schwerkraft sind noch alle Gase aus dieser Zeit auf Jupiter vorhanden und nicht in den Weltraum entfleucht. Die Elemente und ihr Mengenverhältnis lassen demnach Rückschlüsse auf das frühe Sonnensystem zu und eventuell auch darauf, wie der Planet entstand.

Mehr Wissen über Gasplaneten

Es geht aber nicht nur um Jupiter selbst: Wie er sind die meisten bisher entdeckten Exoplaneten Gasplaneten. Mehr über Jupiter zu erfahren, bedeutet auch mehr Wissen über Planeten in anderen Sternensystemen.

Das ist viel Arbeit, die auf Juno zukommt. Die Instrumente sollen bis August alle aktiviert sein. Für den 20. Oktober ist noch einmal ein Manöver geplant. Dann wird Juno in ihre endgültige polare Umlaufbahn einschwenken. Bis dahin wird sie zwei Umläufe von je knapp 54 Tagen absolvieren. Auf der endgültigen Bahn dauert ein Orbit nur noch 14 Tage.

Etwa 30-mal wird Juno Jupiter umrunden. Das Ende der Mission ist für Februar 2018 geplant. Dann wird die Sonde sich in die Jupiteratmosphäre stürzen und darin verglühen. Hoffentlich begleitet von einem standesgemäßen Donnerwetter.  (wp)


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