LuftfahrtmagazinNachrichten aus der Luftfahrt

Asteroidenlander MASCOT liefert die Antwort: Bisher wurden auf der Erde nur wenige sogenannte chondritische Meteorite gefunden, die als Bruchstücke zu den sehr häufig im Sonnensystem vorkommenden C-Typ Asteroiden passen. Das hat mit des Beschaffenheit der Uralten Materials zu tun.

MASCOT landete nach dem Entlassen von Hayabusa2 im freien Fall mit Schrittgeschwindigkeit auf Asteroid Ryugu. Sechs Minuten nach dem Abtrennen von Hayabusa2 in 42 Meter Höhe berührte das Landemodul am Ende einer ballistischen Flugbahn zum ersten Mal den Boden des Asteroiden und hüpfte mehrere Meter weiter, ehe das zehn Kilogramm schwere Experimentenpaket zur Ruhe kam.

Hayabusa2 und MASCOT

Hayabusa2 ist eine Weltraummission der japanischen Raumfahrtagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) zum erdnahen Asteroiden Ryugu. Der deutsch-französische Lander MASCOT an Bord von Hayabusa2 wurde vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in enger Kooperation mit der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National d’Études Spatiales) entwickelt und gebaut. „MASCOT hat die breiten Kompetenzen des DLR in der Raumfahrtforschung zusammengebracht von der Entwicklung, Erprobung und zuverlässigen Integration bis zur Expertise in der wissenschaftlichen Erkundung des Sonnensystems“, sagt Prof. Hansjörg Dittus, DLR-Vorstand für Raumfahrtforschung und Technologie.

Betrieb und Steuerung des MASCOT-Landers und seiner Experimente erfolgen durch das DLR mit Unterstützung der CNES und im Austausch mit der JAXA. Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen entwickelte federführend zusammen mit CNES den Lander und testete ihn. Das DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik in Braunschweig war für die stabile Struktur des Landers zuständig.

„C-Klasse“: Atmosphäre wirksamer Schutz für die Erde

Ryugu und andere Asteroiden der häufig vorkommenden „C-Klasse“ bestehen aus poröserem Material als bisher angenommen. Dies begründet die ausgesprochen gute Nachricht: Nämlich, dass unsere Atmosphäre einen erhöhten Schutz der Erde vor den häufig vorkommenden C-Typ-Asteroiden bietet, die immerhin 75 Prozent aller Asteroiden stellen (das „C“ steht für das chemische Symbol für das Element Kohlenstoff). Kleine Bruchstücke ihres Materials sind einfach zu fragil, um bei einer Kollision mit der Erde den Eintritt in die Atmosphäre zu überstehen. Damit ist die Ursache für das beobachtete Defizit dieses Typs in den Meteoritensammlungen der Erde gefunden. Zu diesen Erkenntnissen kommen Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in ihrem publizierten wissenschaftlichen Aufsatz.

Die Ergebnisse basieren auf hochaufgelösten Messungen der Oberflächentemperatur mit dem DLR-Radiometer MARA an Bord der deutsch-französischen Landesonde. MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout) landete am 03. Oktober 2018 im Rahmen der japanischen Hayabusa2-Mission auf dem knapp einen Kilometer großen Asteroiden Ryugu und sendete spektakuläre Bilder und physikalische Messungen von der Asteroidenoberfläche zur Erde.

„Ryugu hat uns überrascht“, sagt Dr. Matthias Grott, wissenschaftlicher Leiter des Radiometerexperiments MARA vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin und Erstautor der Studie. „Wir sehen auf dem Asteroiden ausschließlich größere Brocken, die hochporös und wahrscheinlich sehr fragil sind.“ Frühere teleskopische Infrarot-Aufnahmen solch kohlenstoffreicher Asteroiden von der Erde aus interpretierten die Forscher in Hinblick auf ihre thermischen Eigenschaften als Körper , die von sand- bis kieselgroßen Partikeln bedeckt sind.

Poröses Urgestein hinterlässt kaum Spuren

Chondren sind kleine, millimetergroße Gesteinskügelchen, die sich im solaren Urnebel vor 4,5 Milliarden Jahren gebildet haben und als Urbausteine der Planetenentstehung gelten. „Wir können nun bestätigen, dass Bruchstücke dieser Asteroiden sehr wahrscheinlich beim Eintritt in die Erdatmosphäre weiter zerfallen und in der Folge meist vollständig verglühen, so dass es nur die größten Bruchstücke heil bis auf die Erdoberfläche schaffen“, erklärt Grott. „Das ist der Grund, warum Meteoritenfunde als Zeugen dieses Asteroidentyps auf der Erde so selten sind.“

Ryugu selbst ist ein C-Klasse-Asteroid, ein als kohlenstoffreich eingeschätzter Vertreter der ältesten Körper des viereinhalb Milliarden Jahre alten Sonnensystems: ein „Urbaustein“ der Planetenentstehung und in diesem Falle auch einer von 17.000 bekannten erdbahnkreuzenden Asteroiden. Bis zu welcher Asteroidengröße dieser Schutz wirksam ist, müssten aber weitere Forschungsarbeiten erst noch zeigen.

Das internationale Forscherteam um Dr. Matthias Grott hatte auf Ryugu während dessen etwa siebeneinhalbstündigen Tagesganges das Ansteigen und Abfallen der Oberflächentemperatur bestimmt, indem die von der Oberfläche bei Tag und Nacht abgestrahlte Infrarotstrahlung mit dem Radiometer MARA gemessen wurde. Aus den MARA-Messungen ließen sich die thermischen Eigenschaften sowie die Festigkeit des Materials schlussfolgern. Die Daten von MASCOT wurden zur japanischen Raumsonde Hayabusa2 übertragen. Dabei befand sich die Sonde in einer Beobachterposition drei Kilometer über dem Asteroiden. Von dort wurden alle Messungen und Betriebsdaten von MASCOT zur Erde übermittelt.

Auf der Oberfläche bewegte sich MASCOT mit Hilfe eines rotierenden Schwungarms fort. So konnte MASCOT auf die „richtige“ Seite gedreht werden und sogar Sprünge auf der Asteroidenoberfläche vollführen. Insgesamt war MASCOT 17 Stunden auf Ryugu aktiv, eine Stunde mehr, als vorausberechnet. Ryugu hat nur ein 66.500stel der Anziehungskraft der Erde, sodass der kleine Schwung hierfür ausreichte: Eine technische Innovation für eine ungewöhnliche Form der Mobilität auf einer Asteroidenoberfläche. Aktuell dauert die Mission Hayabusa2 am Asteroiden Ryugu noch bis Ende dieses Jahres an, mit dem Ziel, Proben des Asteroidenmaterials bis Ende 2020 zur Erde zurück zu bringen. Vor wenigen Tagen hatte Hayabusa2 zum zweiten Mal erfolgreich Proben des Asteroiden genommen.

Bilder zur Asteroidenlandung

Eine Proton-Rakete brachte die Raumsonde SRG vom Kosmodrom Baikonur mit dem deutschen Röntgenteleskop eROSITA und seinem russischen Partnerinstrument ART-XC in Richtung zu ihrem 1,5 Millionen Kilometer entfernten Ziel – dem Lagrange-Punkt 2.

Samstag brach die Röntgen-Raumsonde mit dem Gerät Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG) von der kasachischen Steppe aus zu einer mit Spannung erwarteten Reise in den Kosmos auf.

eROSITA – sieben Röntgenaugen blicken ins Universum

Das deutsche Teleskop für eROSITA (extended Roentgen Survey with an Imaging Telescope Array) setzt sich aus zwei Kernbestandteilen zusammen: seiner Optik und seinen Detektoren. Erstere besteht aus sieben parallel ausgerichteten Spiegelmodulen. Jedes Modul hat einen Durchmesser von 36 Zentimetern und besteht aus 54 ineinander geschachtelten Spiegelschalen, deren Oberfläche aus einem Paraboloid und einem Hyperboloid (Wolter-I-Optik) zusammengesetzt ist.

Die Spiegelmodule sammeln hochenergetische Photonen aus dem Gamma- und Röntgenbereich und leiten diese an die CCD-Röntgenkameras weiter, die speziell für eROSITA in unserem Halbleiterlabor in Garching entwickelt wurden. Sie bilden den zweiten Kernbestandteil von eROSITA und sitzen im Brennpunkt jedes Spiegelsystems, erklärt Dr. Peter Predehl, eROSITA-Projektleiter beim Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik. An seinem Arbeitsplatz, dem Ort des Kräftegleichgewichts L2, angekommen wird eROSITA die gigantischste kosmische Inventur des heißen Universums beginnen.

Röntgenaufnahme Schlüssel für Kosmologie

Das deutsche Weltraumteleskop wird dafür mit seinen sieben Röntgendetektoren den gesamten Himmel abtasten und nach heißen Quellen wie Galaxienhaufen, aktiven Schwarzen Löchern, Supernova-Überresten, Röntgendoppelsternen und Neutronensternen suchen und kartieren. Die Röntgenaugen von eROSITA sind die besten auf einem Weltraumteleskop überhaupt. Ihre Kombination aus Lichtsammelfläche, Gesichtsfeld und Auflösung machen sie circa 20-mal empfindlicher wie das deutsche Teleskop ROSAT in den 1990er Jahren. Insbesondere soll das deutsche Teleskop aber dazu beitragen, das Rätsel der Dunklen Energie zu lösen.

Dunkle Energie ‚kosmischer Kraftstoff‘

Unser Universum dehnt sich seit dem Urknall aus. Noch bis in die 1990er-Jahre dachte man, dass diese kosmische Expansion langsamer wird und irgendwann stehen bleibt. Dann kamen die Astrophysiker Saul Perlmutter, Adam Riess und Brian Schmidt. Sie beobachteten Sternenexplosionen, die weit sichtbar sind und immer gleich viel Licht abstrahlen. Sie vermaßen ihre Entfernungen und konnten es selbst kaum glauben.

Das Universum wird bei seiner Ausdehnung gar nicht langsamer, sondern schneller! Mit dieser Erkenntnis haben die Forscher die Wissenschaft auf den Kopf gestellt. Dafür bekamen im Jahr 2011 den Nobelpreis für Physik verliehen.

Doch die entscheidende Frage blieb: „Welcher ‚kosmische Kraftstoff‘ treibt das Universum an? Weil man diese Frage bis heute nicht beantworten kann und seine Zutaten nicht kennt, nannte man diesen Beschleuniger einfach Dunkle Energie. eROSITA wird nun versuchen, dem Grund dieser Beschleunigung auf die Spur zu kommen“, erklärt Thomas Mernik, eROSITA-Projektleiter beim DLR Raumfahrtmanagement.

Röntgenbilder von heißen Galaxienhaufen

In Wirklichkeit kennen gerade einmal die Zutaten von vier Prozent seiner Energiedichte, denn so winzig ist der Anteil von „normaler“ Materie wie Protonen und Neutronen an der „Rezeptur des Weltalls“. Die anderen 96 Prozent sind ein Rätsel. Man vermutet heute, dass ca. ein Viertel die Dunkle Materie beisteuert – ein weiteres großes Rätsel der Astronomie. Der größte Anteil mit geschätzten 70 Prozent macht allerdings die Dunkle Energie aus.

Um ihr auf die Spur zu kommen, müssen Wissenschaftler etwas unvorstellbar Großes und extrem Heißes beobachten: „Galaxienhaufen setzen sich aus bis zu einigen tausend Galaxien zusammen, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im gemeinsamen Schwerefeld bewegen. In ihrem Inneren sind diese merkwürdigen Gebilde von einem dünnen, unvorstellbar heißen Gas durchdrungen, das sich durch seine Röntgenstrahlung beobachten lässt.

Genau hier kommen die Röntgenaugen von eROSITA ins Spiel. Mit ihnen beobachten wir Galaxienhaufen und schauen, wie sie sich im Universum bewegen und vor allem, wie schnell sie das tun. Diese Bewegung wird uns dann hoffentlich mehr über die Dunkle Energie verraten“, erklärt DLR-Projektleiter Thomas Mernik.

Außerdem sollen weitere heiße Phänomene wie aktive Schwarze Löcher, Supernova-Überreste sowie Röntgendoppel- und Neutronensterne beobachtet und lokalisiert werden. Dafür durchmustert eROSITA alle sechs Monate den gesamten Himmel und erstellt in vier Jahren eine tiefe und detaillierte Karte des Universums im Röntgenbereich.

Start Proton-Rakete mit SRG und eROSITA

Das Bild zeigt den Start der Proton-Trägerrakete mit der Raumsonde Spektrum-Röntgen-Gamma (SRG), dem deutschen Röntgenteleskop eROSITA und seinem russischen Partnerinstrument ART-XC an Bord vom Kosmodrom Baikonur. Das Röntgenteleskop und ART-XC sind auf der Navigator-Plattform installiert.

Die Navigator-Plattform versorgt die Raumsonde Spektrum-Röntgen-Gamma mit Energie, schickt gewonnenen Daten zur Erde und treibt gleichzeitig die Raumsonde an.

Seit Dezember vergangenen Jahres steht der Erdbegleiter weltweit im Licht des öffentlichen Interesses und zieht viele Menschen in seinen Bann. Das hat nicht nur mit dem Jubiläum der Mondlandung zu tun. Nun steht in den späten Abend- und Nachtstunden des 16. Juli, dem einstigen Starttag der Apollo-11-Mission, auch noch eine sichtbare partielle Mondfinsternis an.

Dem Jubiläum der Mondumrundung am 24. Dezember 2018 vor 50 Jahren in der Apollo-8-Mission, kurz darauf die Landung der chinesischen Mondsonde Chang’e 4 um 03:26 Uhr am 03. Januar 2019 auf der Mondrückseite folgte in den Morgenstunden des 21. Januar 2019 eine eindrucksvoll zu sehende totale Mondfinsternis. Anders als bei der letzten Mondfinsternis im Januar wird hierzulande die Internationale Raumstation ISS zur selben Zeit, in der der Mond durch den Erdschatten zieht, sogar zweimal am Himmel zu sehen sein.

„Der Mond steht in diesem Jahr zweifellos im Brennpunkt der Öffentlichkeit, weil wir das 50-jährige Jubiläum der ersten bemannten Mondlandung feiern. Bereits im Vorfeld des 20./21. Juli 2019 wurde und wird in etlichen Veranstaltungen, in Vorträgen, in Filmen und Texten an dieses historische Ereignis erinnert und das hat den Mond als Ziel künftiger astronautischer Expeditionen bei Vielen aufleben lassen“, erklärt Astronom Dr. Manfred Gaida vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn.

Wenn der Mond in den Schatten tritt

Da der Mond hierzulande teilverfinstert aufgeht und während der Finsternis selbst in Bayern eine Höhe von weniger als 20 Grad über dem Horizont erreicht, wird er aufgrund der sogenannten Mondtäuschung dem Betrachter vermutlich etwas größer vorkommen, als wenn er höher am Himmel stünde. Verantwortlich für diesen Effekt ist eine optische Täuschung. In Mitteleuropa dürfen wir uns jedenfalls ab der Mitte der Finsternis auf eine relativ gute Sicht freuen, wenn sich der Erdbegleiter dann noch für anderthalb Stunden teilweise im Kernschatten der Erde aufhält und braun- bis kupferrot leuchtet. Doch was ist die Ursache für dieses eigenartige Farbenspiel während einer Mondfinsternis?

Heute weiß man, dass die Ursache für die auffallende Färbung des Mondes, wenn er im Kernschatten verschwindet, darin liegt, dass das langwellige rote Licht der Sonnenstrahlen in der irdischen Atmosphäre gebrochen und in Richtung der Oberfläche des Erdbegleiters gelenkt wird, während die kurzwelligen blauen Lichtwellen vollständig in der Erdatmosphäre in alle Richtungen gestreut werden. Zusätzlich verstärken Staub, Asche und Aerosole in der Hochatmosphäre die Färbung, die nahezu jede Mondfinsternis zu einem spektakulären Ereignis werden lässt.

Verlauf der Mondfinsternis

Die Halbschattenfinsternis beginnt um 20:42 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit (MESZ). Zu diesem Zeitpunkt steht der Vollmond noch unter dem Horizont und bleibt unsichtbar. Erst nach einer guten Dreiviertelstunde, gegen 21:30 Uhr MESZ, geht er auf, wird dann aber in den horizontnahen Dunstschichten in der sogenannten bürgerlichen Dämmerung voraussichtlich nur schwierig auszumachen sein. Der Begriff „bürgerliche Dämmerung“ bezeichnet die frühe Phase des Tag-Nacht-Übergangs, wenn die Sonne erst knapp, das heißt bis maximal sechs Grad, unter dem Horizont steht und Lesen im Freien noch möglich ist.

Um 22:02 Uhr MESZ beginnt der Mond langsam in den Kernschatten der Erde einzutauchen – dann ist auch die bürgerliche Dämmerung zu Ende gegangen – und er steht jetzt von Hamburg bis zur Zugspitze nur wenige Grad über dem Horizont. Erst ab Mitte der Finsternis, ab 23:31 Uhr MESZ, hat er – je nach geographischer Breite des Standorts – eine akzeptable Höhe zwischen acht und 15 Grad erreicht. Rund zwei Drittel des Vollmonddurchmessers befinden sich nun in der Kernschattenzone.

Ab diesem Zeitpunkt wandert die partiell verfinsterte Mondscheibe nach und nach wieder aus dem Kernschatten heraus, bis sie sich um 01:00 Uhr MESZ des darauffolgenden Tages wieder völlig in der Halbschattenzone befindet. Nun dauert es noch gut eineinviertel Stunden, bis der Mond den Erdschatten ganz verlassen hat. In diesem Zeitraum ist die Höhe des Mondes über dem Horizont nahezu unverändert bei zirka 17 Grad, und er bleibt noch bis zum Ende der Nacht zu sehen.

Die partielle Mondfinsternis am 16./17. Juli 2019, Kontaktzeiten in MESZ:

• 20:44 Uhr Eintritt des Mondes in den Halbschatten
• 22:02 Uhr Eintritt des Mondes in den Kernschatten
• 23:31 Uhr Mitte der Finsternis
• 01:00 Uhr Austritt des Mondes aus dem Kernschatten
• 02:18 Uhr Austritt des Mondes aus dem Halbschatten

Gasriesen Jupiter und Saturn beim Mond

Ebenfalls sind während der Finsternis – eine gute, freie, horizontnahe Sicht vorausgesetzt – die beiden Planeten Jupiter und Saturn als auffallend helle, ruhig leuchtende Objekte im Süden zu sehen. Der etwas hellere Jupiter steht dabei, bezogen auf die exakte Südrichtung, „rechts“ und der Planet Saturn „links“. Zugleich ist der Mond zur Zeit der Finsternis nur etwa fünf Bogengrad östlich vom Ringplaneten entfernt. Noch näher am Mond steht der Zwergplanet Pluto. Der ist aber infolge seiner Sonnenferne so lichtschwach, dass man ihn allenfalls mit Hilfe eines Teleskops fotografisch auffinden kann. Mit einem handelsüblichen 10×50-Fernglas lässt sich hingegen schon die Ringstruktur des Saturn erahnen.

Tipps für die Beobachtung

Die Beobachtungsbedingungen sind in ganz Deutschland, klare Sicht vorausgesetzt, insbesondere für die zweite Halbzeit der Finsternis günstig. Während der partiellen Verfinsterung ist der Süden etwas bevorzugt, denn dort steht der Mond rund doppelt so hoch wie in Norddeutschland über dem Horizont. In jedem Fall ist es notwendig, sich einen Beobachtungsplatz zu suchen, von dem aus in südöstlicher Richtung ein freier Blick bis zum Horizont ohne störende irdische Lichtquellen möglich ist.

Noch beeindruckender ist gleichwohl die Beobachtung mit Hilfe eines Fernglases oder kleinen Teleskops. Ein Objektiv mit Stativ macht das Beobachten deutlich angenehmer. Die nächste, von Mitteleuropa aus einigermaßen gut sichtbare Mondfinsternis wird sich übrigens erst in rund drei Jahren, am 16. Mai 2022, ereignen, kalendarisch zwischen dem 50. Jahrestag der Apollo-16- und der Apollo-17-Mission.

Auch die ISS ist zu sehen

Kurz nach 23:01 Uhr wird auch die Internationale Raumstation ISS etwa zehn Grad oberhalb des teilverfinsterten Mondes als auffallend heller Lichtpunkt am Himmel erscheinen. Dabei erreicht sie, bezogen auf die Mitte Deutschlands, eine maximale Höhe von rund 25 Grad über dem Horizont. Ein zweiter Durchgang beginnt um 00:37 Uhr MESZ.

Diesmal wird die ISS sehr hoch am Himmel aufsteigen, nahe am Zenit vorbeiziehen und infolgedessen markant und hell am Firmament zu sehen sein. Die ISS überzieht als gleißend heller Punkt mit bloßem Auge unübersehbar den Himmel und ist etwa Minuten im günstigsten Fall zu sehen. Wer Konturen der Raumstation erkennen will, sollte ein Teleskop nutzen und das schnelle, manuelle Nachführen zuvor üben. Es eignet sich das Beobachten von Flugzeugen als bewegte Ziele. Die ISS ist jedoch noch schneller am Himmel unterwegs.