Die Raumsonde OSIRIS-REx begreift den Asteroiden Bennu

Heute früh, am 21.10.2020 kurz nach Mitternacht schon, gegen 00:12 MESZ hat die Raumsonde OSIRIS-REx der gleichnamigen 7-jährigen Mission der NASA (Kooperation mit der JAXA wegen ähnlichem Raumfahrtprogramm mit der Hayabusa-2-Mission), gestartet am 09. September 2016 mit einer Atlas V 411, vermutlich 60 Gramm Gestein und 26 cm³ feine Körper von der Oberfläche von Bennu (101955) eingesammelt. Dazu war sie dem Asteroid bis auf wenige Meter nahekommen. Der Greifarm des OSIRIS-REx (TAGSAM = Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism) wird die Aufnahme des Gesteins durchführen.

File:OSIRIS-REx Artist’s conception.png
Künstlerische Darstellung, Computergrafik von OSIRIS-REx. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/OSIRIS-REx_Artist%E2%80%99s_conception.png; NASA/GSFC, Public domain, via Wikimedia Commons
Eine Bildserie des Asteroiden Bennus, aufgenommen am 03. Dezember 2018 von der OSIRIS-REx-Raumsonde aus einer ENtfernung von ca. 80 km. Von dort aus sah die Raumsonde den Bennu als Fläche von nur ca. 2/3 der Vollmondgröße. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/9/9a/Asteroid-Bennu-OSIRIS-RExArrival-GifAnimation-20181203.gif
; NASA/Goddard/University of Arizona, Public domain, via Wikimedia Commons

Bennu ist ein kohlenstoffhaltiger, relativ dunkler Asteroid hat einen Durchmesser von 494 Meter und er könnte mit einer geringen Wahrscheinlichkeit von 0,037 Prozent nach dem Jahre 2135 im 22. Jahrhundert mit der Erde kollidieren. Seine Oberfläche und seine Gestalt gleichen zweier Kegel, die mit ihren Kreisflächen zusammengesteckt wurden. Auf seiner Oberfläche sind lauter Steine, die anscheinend nur auf dem Asteroiden draufliegen. Das zeigt sich in den Bildern.

NASA’s Goddard Space Flight Center, Public domain, via Wikimedia Commons

Bevor OSIRIS-REx Anfang Dezember 2018 bei Bennu ankam, dachte man aufgrund der bisherigen Datenlage, dass die Oberfläche Bennus sandig und relativ “glatt” sei. Als das Gegenteil der Fall war, war klar, dass das OSIRIS-REx-Team improvisieren muss. Das Problem: der “Material-Abgreif-Platz” namens “Nightingale” (deutsch: NAchtigall), der ausgewählt wurde, hat nur 16 Meter im Durchmesser, was viel kleiner als gedacht ist und die Region außen herum beherbergt viele große Felsen. Aus diesem Grund ist die Koordination wichtig. Nein, noch besser, die OSIRIS-REx-Raumsonde muss sich selbst kontrollieren, denn in ca. 334 Mio. km, wie die Small-Body Database der NASA zeigt, kommen Signale von der Sonde erst nach knapp 1 114,77 Sekunden, das sind 18 Minuten und fast 35 Sekunden, an und ein Signal zurück braucht genauso lange.

File:OSIRIS-REx Checkpoint Rehearsal.gif
Der erste Annäherungstest am 14. April 2020, OSIRIS-REx kam hier bis auf 65 Meter etwa runter, bevor sie ihr Triebwerk zündete und den test beendete. Die Technik, welche im GIF sichtbar ist, ist der TAGSAM-Sammelarm. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/9/99/OSIRIS-REx_Checkpoint_Rehearsal.gif; NASA/Goddard/University of Arizona, Public domain, via Wikimedia Commons

Die Methode des Abgreifens von den 60 Gramm Material von Bennu verlief etwa wie folgt: OSIRIS-REx näherte sich zunächst dem Asteroiden in einer elliptischen Bahn für einige Stunden an und ging dann auf 125 Meter herunter und ab da startete OSIRIS-REx den elliptischen Orbit zu verlassen und wie ein Raubvogel auf ihre Beute zu stürzen. Wenige Minuten später passte die Raumsonde noch ihre Flugbahn nach unten der Rotation des Asteroiden an und näherte sich auf bis 5 Meter an, der Punkt, an dem die Sonde selbst entscheidet, sich selbst in Sicherheit zu bringen, falls das Risiko um ihre Sicherheit zu groß würde. Als sie diesen Punkt erreicht hat, erreichte sie für Sekunden mit ihrem Greifarm (TAGSAM) die Oberfläche, den die Sonde bereits um 19:50 MESZ am Vortag (20.10.2020) ausgefahren hatte. Dann ließ sie Stickstoff aus ihrer Patrone ausstoßen, damit Staub und kleine Steine aufgewirbelt werden und so Material von dem Ort der Probe entnommen. Danach zündete sie ihre Triebwerke und kehrte nach einigen Minuten in einen Orbit um Bennu zurück.

Ob tatsächlich Material gesammelt wurde und auch genügend, ist gar nicht so leicht und schnell festzustellen. Alle anderen Events sind aber wie gewollt eingetroffen und das Team war damit erstmal glücklich. Die nächsten Tage soll per Zentripetalkraft – sprich die Sonde wird dafür einen Moment um sich selbst rotieren – rechnerisch ermittelt werden, wieviel Gestein und Material eingesammelt wurde, denn je mehr gesammelt wurde, mit desto mehr Kraft wird das gesammelte Gestein von der Sonde “weggedrückt” werden. Eine erste Bestätigung des erhofften Erfolgs soll bereits heute per Video der Aktion kommen. Ob das Material Einsammeln ein Erfolg war, wird am 30.10 entschieden.

Eine Übersicht der 4 finalen Einsammel-Regionen, welche alle hier als ca. 30×35 m dargestellt werden. Jeder der vier Ausschnitte macht ca. 0,7 – 0,75 % der Bennu-Oberfläche aus. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e5/OSIRIS-REx_candidate_sample_sites_on_Bennu.png; NASA/Goddard/University of Arizona, Public domain, via Wikimedia Commons

Am 12.01.2021 würde ein neuer Versuch stattfinden um mehr Material zu sammeln, falls OSIRIS-REx noch nicht genug Material gesammelt hat. Fall dem so wäre, würden sie es mit der Region “Osprey” versuchen, diese liegt in einem Krater nahe dem Bennu-Äquator. Am 3. März wird OSIRIS-REx dann den Asteroiden verlassen und am 24. September im Jahr 2023 wird eine Rückkehrkapsel zusammen mit der Probe sehr nahe der Erde gestartet werden und am selben Tag noch in der Wüste von Utah landen. Danach wird OSIRIS-REx in einem Sonnenorbit verbleiben.

File:OSIRIS-REx-diagram without labels.png
Schematischer Aufbau der OSIRIS-REx.
A: Rückkehrkapsel; B: TAGSAM; C: Sondenkörper; D: Solarmodule; E: Parabolantenne; f: Triebwerke; g: Sternsensoren; h: Antenne; j: Antenne; k: Heliumtank; 1: Lidar; 2: OLA; 3: OCAMS; 4: OTES; 5: OVIRS.

OSIRIS-REx ist ein Akronym für: Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer.

Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9b/OSIRIS-REx-diagram_without_labels.png; NASA, Public domain, via Wikimedia Commons

OSIRIS-REx hat eine Leermasse von 880 kg, inklusive Treibstoff 2 110 kg, sie besteht auch noch aus zwei Solarpanele, die in der x- und y-Achse geneigt werden können, welche bis zu 3 Kilowatt im Maximum liefern. Die Raumsonde hat auch noch einige Kameras und Spektrometer, welche u.a. im Infrarot- und Ultraviolettbereich, sowie Röntgenbereich Bennu und seine Bestandteile im Spektrum zerlegen. Man erhofft sich von der Erforschung von Bennu weiteres Wissen um die Planetenentstehung vor 4,567 Mrd. Jahren, da Bennu original aus dieser Frühzeit stammt.

Ich für meinen Teil bleibe bei dem Thema weiter dran und freut euch auf wieder mehr in den nächsten Tagen. 🙂

Quellen:

Sensation: Haben wir Anzeichen für Leben in der Venusatmosphäre entdeckt?

Am 14.09.2020 gegen 16 Uhr, genaue Uhrzeit weiß ich nicht mehr, schrieb ich als Kurznews in die Seitenleiste von GSA:

Neueste Entwicklungen in der Astronomie zeigen, dass es große Mengen an Phosphane in der Venusatmosphäre gibt, das hat man durch spektrografische Analysen herausgefunden. Jetzt ist es so, dass es nicht viele Wege gibt, wie das Phosphan entstehen können. Das einfachste Molekül (Monophosphan) aus der Reihe der Phosphane ist eine Verbindung aus 3 Wasserstoffatomen und einem Phosphoratom und kann im Grunde nur biologisch oder im Labor entstehen. Die Zeichen auf Leben in der Venusatmosphäre waren schon gegeben. Während es auf der Oberfläche der Venus um die 450 °C bei ca. 91,5 Bar herrschen, gibt es in 40 bis 50 km Höhe angenehmere Werte. Die darüberliegenden Wolkenschichten schützen diesen Bereich vor harter UV-Strahlung und immer wieder auftauchende Verfärbungen der dichten Wolkenschicht zu sehen. Die russischen Venera-Raumsonden versuchten in den 70ern und frühe 80er die Venus zu erreichen, jedoch ohne großen Erfolg. Den gewaltigen Druck, Hitze und auch Schwefelsäure in der Venusluft hielten sie nicht lange aus. Über dieses Thema gibt es von der Royal Astronomical Society um 17:00 am 14.09 eine Pressekonferenz (und mit deutschsprachigen Kommentaren hier) und es folgt auch noch ein Beitrag auf GSA.

Genau! Und die Royal Astronomical Society (RAS) hat gemäß der Ankündigung ihre Pressekonferenz gegeben. Bereits einige Stunden vorher wurde von Presseleuten, die nicht unter einem „Embargo“ bis zur Pressekonferenz standen, „geleakt“. Einige Informationen mussten dann doch wieder gelöscht werden und so konnte eine zusätzliche Aufgeregtheit verbreitet werden. In der deutschen Astronomie-Szene auf YouTube haben dazu viele YouTube-Kanäle darauf aufmerksam gemacht und die Pressekonferenz, die ebenfalls auf YouTube veröffentlicht wurde, aber fand in einer Schaltung von dem mittlerweile gut bekannten Anbieter „Zoom“ statt. Was gibt es also über diese Ereignisse zu berichten?

Bevor wir die Pressekonferenz genau analysieren, werfen wir einen kurzen Blick auf die Zusammenfassung der in Nature Astronomy veröffentlichten Studie über dieses brisante Thema.

Measurements of trace gases in planetary atmospheres help us explore chemical conditions different to those on Earth. Our nearest neighbour, Venus, has cloud decks that are temperate but hyperacidic. Here we report the apparent presence of phosphine (PH3) gas in Venus’s atmosphere, where any phosphorus should be in oxidized forms. Single-line millimetre-waveband spectral detections (quality up to ~15σ) from the JCMT and ALMA telescopes have no other plausible identification. Atmospheric PH3 at ~20 ppb abundance is inferred. The presence of PH3 is unexplained after exhaustive study of steady-state chemistry and photochemical pathways, with no currently known abiotic production routes in Venus’s atmosphere, clouds, surface and subsurface, or from lightning, volcanic or meteoritic delivery. PH3 could originate from unknown photochemistry or geochemistry, or, by analogy with biological production of PH3 on Earth, from the presence of life. Other PH3 spectral features should be sought, while in situ cloud and surface sampling could examine sources of this gas.

Nature Astronomy / Jane S. Greaves, 
Anita M. S. Richards, 
William Bains et al. (https://www.nature.com/articles/s41550-020-1174-4)

Was der Google Übersetzer übersetzt als:

Messungen von Spurengasen in Planetenatmosphären helfen uns, andere chemische Bedingungen als auf der Erde zu untersuchen. Unser nächster Nachbar, Venus, hat Wolkendecks, die gemäßigt, aber hyperazid sind. Hier berichten wir über das offensichtliche Vorhandensein von Phosphingas (PH3) in der Venusatmosphäre, wo Phosphor in oxidierter Form vorliegen sollte. Einzeilige Millimeterwellenband-Spektraldetektionen (Qualität bis zu ~ 15σ) (Anm. von mir: 15 Sigma ist eine äußerst hohe Wahrscheinlichkeit) von JCMT- und ALMA-Teleskopen haben keine andere plausible Identifizierung. Atmosphärisches PH3 bei einer Häufigkeit von ~ 20 ppb wird abgeleitet. Das Vorhandensein von PH3 ist nach eingehender Untersuchung der Steady-State-Chemie und der photochemischen Pfade ungeklärt. Derzeit sind keine abiotischen Produktionswege in der Atmosphäre, den Wolken, der Oberfläche und dem Untergrund der Venus oder durch Blitz-, Vulkan- oder Meteoritenabgabe bekannt. PH3 könnte aus unbekannter Photochemie oder Geochemie oder in Analogie zur biologischen Produktion von PH3 auf der Erde aus dem Vorhandensein von Leben stammen. Andere spektrale PH3-Merkmale sollten gesucht werden, während in situ Wolken- und Oberflächenproben die Quellen dieses Gases untersuchen könnten.

Philip Diamond, der Direktor der RAS, beginnt mit einer knappen Begrüßung und Einleitung (z.B., dass sie 4 000 Astrophysiker und Geophysiker in der ganzen Welt beherbergen und betont die Internationalität der Organisation) und stellt die Teilnehmer der Videokonferenz vor. Da gäbe es die Prof. Jane Greaves von der Cardiff University, außerdem noch Cesaro Seeger und Dr. William Baines der MIT (Massachusetts Institute of Technology). Die Veröffentlichung der Studie hat insgesamt auch 19 Autoren von z.B. der East Asian Observatory, Cambridge Imperial College, The Open University, Royal Observatory Greenwich, vom ALMA in der chilenischen Wüste und der Kyoto Sango University. Abschließend stellt er den knappen Aufbau der Videokonferenz: es gibt kleine Präsentationen von den Teilnehmern der Pressekonferenz und hinterher die Pressefragen aus der Zoom-Schaltung.

Als die Jane Greaves beginnt ihre kleine Präsentation zu beginnen, haben sie ihre Studie in Nature Astronomy veröffentlicht. Sie fängt an von ihrer Beobachtung zu sprechen. Sie hätten Phosphan in der Venusatmosphäre entdeckt. Sie erklärt, dass die Aufregung der Wissenschaft daherkomme, dass Phosphan auf der Erde von Kleinstlebewesen ausgeschieden werde, welche in Sauerstoffatmosphären leben und dass man das auf die Wolken der Venus übertragen könne. Die Oberfläche der Venus wäre in Vergangenheit kühler als die heute sehr heiße Venus und dass dann daher möglicherweise die theoretischen Lebensformen herkämen. Allerdings wären die Lebensbedingungen heute in der Atmosphäre der Venus auf der Höhe von 40 bis 50 Kilometer wegen starkem währendem Wind und hochsauren Wolken ebenfalls unfreundlich, abgesehen davon, dass die Temperaturen von ungefähr 30 Grad Celsius dann doch erdähnlich seien.

Sie hätte bereits 2016 ihr Projekt gestartet in den Wolken der Venusatmosphäre nach Phosphan als Lebensanzeichen zu suchen. Sie habe es mit dem James Clerk Maxwell Teleskop der East Asia Observatory in Hawai’i versucht, welche gewisse Verbindungen zu der RAS habe. Gleichwohl mit dem ALMA (Atacama Large Millimeter/Submilimeter Array) in Chile.

Image of the James Clerk Maxwell Telescope against a starry background
Das James Clerk Maxwell Teleskop der East Asia Observatory auf dem Mauna Kea in Hawai’i als einer der größten Submilimeter-Teleskope der Welt. Will Montgomerie / EAO / JCMT Bildquelle: https://ras.ac.uk/sites/default/files/2020-09/Image-JCMT-Credit-Will_Montgomerie_EAO-JCMT.JPG

Okay, was heißt das? Nun, die Venus sei eine natürliche Radioquelle und die Gruppe hätte nach Radiosignale um die 1,123-Millimeterwellenlänge geschaut und kämen wohl von der mittleren Wolkenschicht. Das Phosphan könne jetzt die Radiowellen zum Teil absorbieren, sodass man im Spektrum Einschneidungen sehe. Die Absorption passiere bei einer sehr einzigartigen Wellenlänge und es hätte mit der Quantenrotation des Moleküls zu tun. Diese Berechnungen, wieviel an Phosphan es in der Venusatmosphäre, gemessen durch den Einschnitt des Phosphans in das empfangene Spektrum, gibt, habe Hideo Sagawa von der Kyoto Sangio University getätigt. Die Daten des Radioteleskopverbunds ALMA hätten dann nochmal die Existenz des Phosphans im Spektrum der Venus mit Zufriedenheit, allerdings auch unerwartet bestätigt. Hideos Model ergab eine Ansammlung von Phosphan-Molekülen in der Venusatmosphäre von ungefähr 20 ppb (parts per billion/Teile je Milliarden).

Einige Sekunden später bestätigt sie, dass diese Radiowellen von der Wellenlänge um den Einschnitt verursacht vom Phosphan aus der moderaten Zone der Venusatmosphäre komme. In dieser Zone (ca. 50 bis 60 km Höhe) ist der Druck bei etwa 1 Bar und etwas niedriger und bei ca. 20 bis 60 °C, also ziemlich lebensfreundlich, wenn da nicht die Schwefelsäure in den Wolken der Venus gäbe. Falls es dort tatsächlich Lebensformen gäbe, die das Phosphan produzierten, dann trieben sie sich in den „Hadley-Zellen“ herum, es sind großräumige Wettersituationen und in der Höhe, von der das Phosphan komme, würde es in einer dieser Hadley-Zellen sich bewegen. Die Hadley-Zellen wälzen die (Venus-)Luftmassen in der mittleren Schicht um und lassen die Luft zu den Polen treiben und wegen der dort kühleren Bedingungen abfallen und wieder zum Äquator wandern. Jetzt teilte sie mit, dass ihre Gruppe nur in der Nordhalbkugel der Venus Spuren von Phosphan entdeckt hätte.
Paul Rimmer von der Cambrigde University soll versucht haben mit einer Computersimulation der „Chemie“ der Venusatmosphäre den Ursprung des Phosphans zu ergründen. Mit Lebensformen, die nur ein Zehntel der Effizienz der irdischen Organismen aufweisen, könnte es dort Lebens geben. Dann wurde sie nochmal vorsichtig und sagte, dass sie vorsichtig seien, diese Entdeckung als den Beweis für Leben in der Venusatmosphäre anzuführen. Um zu zeigen, wie man theoretisch Phosphan sonst erklären könnte, gibt sie an Dr. William Bains weiter.

Er macht gleich weiter mit ein paar technischen Schwierigkeiten und erzählt, dass sie ein paar Jahre an einer Datenbank an möglichen chemischen Reaktionen in der Atmosphäre der Venus gearbeitet hätten. Er stellt ein Diagramm vor über den schematischen Aufbau der Venusatmosphäre und ein Model für die chemischen Vorgänge für die verschiedenen Atmosphärenschichten. Er erklärt einen möglichen Erklärungsansatz, dass Phosphan dort über einen ähnlichen Zyklus entsteht, wie die harte UV-Strahlung der Sonne aus Luftsauerstoffmolekülen Ozon entstehen lässt und so diese „freie Radikale“ entstehen lasse. Er zerschlägt dies jedoch und sagt, dass dieser Prozess zu wenig Phosphan hervorbringen könne. Er geht weiter zu spontanen Reaktionen und sagt, dass sie für diese Angelegenheiten zur Thermodynamik gehe und für jede mögliche Reaktion thermodynamische Berechnung laufen ließe. Sie hätten über 70 Reaktionen überprüft und dies alles könne nicht den einigermaßen hohen Phosphan-Gehalt von 20 ppb verursachen. Die dritte Überlegung war, dass die Steine und Felsen unter der Venusatmosphäre soviel Phosphan produzieren könne. Dazu benützten sie wieder die thermodynamischen Berechnungen und die Antwort viel wieder viel zu gering aus. Die Felsen und Vulkane und alles unter dem Boden könne so nach den Forschern auch nicht genügend Phosphan produzieren. Danach hätten sie mit weniger konventionellen Ideen versucht, inklusive Gewitter, Meteoriten und so weiter, doch auch dies könne die 20 ppb Phosphan nicht erzeugen. Aus diesem Grund hätten sie nur 2 mögliche Ideen für weitergehende Untersuchung dahingehend. Zum einen könnte es dort – in den Venuswolken, im Venusboden, in der Atmosphäre, egal wo – noch unbekannte chemische Vorgänge stattfinden, oder welche, die sie nicht bedachten, oder zum anderen die Existenz von Leben.

Daraufhin hätten sie erste Rechnungen für jene Kleinstlebewesen durchgeführt. Natürlich vorausgesetzt, dort gibt es Leben, welches biochemisch mit den irdischen Lebensformen kompatibel ist. Jedoch wären die Lebensbedingungen in den Wolken der Venus soweit ungemütlich, weil die Wolken dort aus mehr als 80 % aus Schwefelsäure bestünden. Schwefelsäure sei sehr aggressiv gegen viele Materialien, so etwa tausendmal saurer als Batteriesäure. Unter diesen Umständen haben sie sich viele Gedanken zu möglichen Leben gemacht. Er moderiert ab und gibt an Prof. Sarah Seeger weiter.

Artist's impression of Venus, with an inset showing a representation of phospine molecules
Eine künstlerische Darstellung der Venus mit einer eingebundenen Darstellung, welche Phosphanmoleküle schematisch zeigt, die in den hohen Atmosphärenschichten in den Wolken nachgewiesen wurden. ESO / M. Kornmesser / L. Calçada & NASA / JPL / Caltech (CC BY 4.0) Bildquelle: https://ras.ac.uk/sites/default/files/2020-09/eso-venusa.jpg; bzw.: https://www.youtube.com/watch?v=00hUbT6pbYY

Prof. Sarah Seeger fängt gleich damit an, dass sie nicht behaupten, dass es in der Venusatmosphäre gäbe, dass sie allerdings mithilfe ihrer Daten mit großer Sicherheit sagen können, dass auf der Venus Monophosphan gäbe und die Herkunft noch unklar sei. Sie wiederholt, was schon William Bains zuvor gesagt hat, dass die bisherigen Erklärungen die große Anzahl an Monophosphan-Partikeln in der Venusatmosphäre nicht ausreichend erklären könne. Phosphan sei auf der Erde eigentlich nur von anaeroben Bakterien und von Menschen bekannt. Auch hätten Jupiter und Saturn in ihren Atmosphären viel Phosphan, doch dort sei die Temperatur und der Druck, wie das Phosphan dort hätte entstehen können. Außerdem sei dort auch genug Wasserstoff dafür. Sie meint, dass ihr Team die Entdeckung des Phosphans in der Venusatmosphäre auch durch einen Einbruch im Infrarotbereich mithilfe von Spektroskopen auf der Erde bestätigen wolle. Sie erwähnt, dass schon einige Menschen vor tatsächlich bereits 50 Jahren wie Carl Sagan Lebens in der Venusatmosphäre vermutet haben wollen und sie spekuliert, dass mögliches Lebens in der Zeit, als die Ozeane von der Venus vor einigen Milliarden Jahren ins Weltraum entwichen sind, teilweise in die Wolkenschicht der Venus geraten sind und einige andere Lebewesen an der Oberfläche wegen der Hitze sich aufgelöst haben.

Danach zeigte sie wieder das Diagramm, welches schon William Bains gezeigt hat. Es stellt die Zonen in der Atmosphäre dar und wie Lebewesen mit dem Klimasystem der Temperatur-moderaten Wolkenschicht mitzirkulierten, also die Zone, aus der die Informationen wegen dem Phosphan kämen. Sie vermutet, dass eventuelle Lebensformen sich in den Wolken in den Tröpfchen ansammelten und wenn mit der Zeit in einigen Monaten die Tröpfchen schwerer werden, dass ein Teil der Tropfen abdampfe und die Tröpfchen wieder langsam nach oben gelänge und wieder in Tröpfchen gelangen würden.

Sie holt aus und erzählt zum Beispiel, dass fast jedes Sternsystem einen Planeten hätte und wie neue Generationen von Astronomen mit neuen Teleskope nach Lebenszeichen auf Exoplaneten suchen würden. Venus würde auf der Liste von astrobiologischem Interesse, in der sich neben der Erde der Mars, Jupiters Eismond Europa, Saturns Mond Titan und Saturns Eismond Europa befänden, deutlich nach oben steigen. Das Forscherteam hoffe nun auf mehr Motivation für zukünftige Venus-Raumfahrtmissionen, damit sie nach mehr und besseren Lebenszeichen oder sogar Leben selbst auf und in der Venus suchen.

Die Pressekonferenz geht nun über zu einer Art digitalen Fragerunde für Journalisten. Zuerst fragt Chris Linton William Bains nach genaueren Informationen über seine Erkenntnisse, dass das Phosphan auf jeden Fall nicht ausschließlich von herkömmlichen „natürlichen“ Prozessen kommen könne. Er erklärt, dass mögliche Reaktionen mit Säuren aus Phosphor und derartige Verbindungen nur 44 Milligramm Phosphor in der ganzen Venusatmosphäre erklären würden.

Ein nächster Fragesteller, dessen Name ich nicht wirklich verstanden habe, fragt, wie dieses Forscherteam zusammenkam und die Frage wurde von Prof. Sara Seeger damit beantwortet, dass William Baines und Prof. Jane Greaves schon einander etwas kennen, geschuldet zur Affinität zu Phosphan und sie hätten sich bereits 2015 gefragt, wie Phosphan mit Leben zusammenhängen könnte.

Kimberley Cartier fragt, wie lange Phosphan in der Atmosphäre der Venus, besonders bei der Höhe und in dieser Wolkenschicht sich hebt und ob es ständig oder sporadisch produziert wird. Dr. William Bains merkt an, dass dies eine wirklich tolle Frage sei und erklärt, dass in der obersten Wolkenschicht oder auf der Wolkenschicht Phosphan sich nur um die Dutzend Minuten hält, diese Details allerdings nur ungenau bekannt sind, weil noch einiges Wissen aber die Physik hinter der Venusatmosphäre unbekannt sei. Allerdings weiter tiefer in der Wolkenschicht halte sich das Phosphan „sehr lange“. Der zweite Teil der Frage ließe sich weniger gut antworten, weil es schwierig herauszufinden ist. Nach seinen Angaben würde es nicht in kurzen Schüben produziert, aber wahrscheinlicher in zum Beispiel einem Zyklus von einer Stunde, aber das sehr ungewiss sei. Prof. Jane Greaves fügt hinzu, dass die Rotation der Venusatmosphäre selbst etwa vier Tage daure und so eventuelle lokale Venusbakterienkolonien schnell verstreue.

Die nächste Frage von Matt Kaplan, welche der Host des Radios der „Planetary Society“ sei, ist, wie das Team um Prof. Jane Greaves sich eine neue Venusraumfahrtmission vorstelle. Prof. Sara Seager meinte, dass es im Moment einen aktiven japanischen Orbiter um Venus gäbe und Indien und die ESA Venusmissionen geplant haben und dass sie hoffen, dass private Raumfahrtorganisationen diese Ideen ebenso aufnehmen würden und dass dann vielleicht ein sogenannter Massenspektrometer nach schwereren Molekülen suchen würde. Matt Kaplan fragte dann noch, ob sie sich eine Ballonflug-Mission für die Venus vorstellen und wünschen würden. Prof. Sara Seager denkt, dass ein Ballon die beste Idee wäre und er in diesen Höhen mit einer Masse von vielleicht einem Menschenkind selbst einige Jahre in der Venusatmosphäre bleiben könnte und wertvolle Daten liefern würde, sowie bereits die sowjetischen Vega-Ballons von 1984, welche bereits eine breite internationale Kooperation hatte, die ähnliche Flüge in Vergangenheit gemacht haben.

Die Frage des nächsten Fragestellers Clive Cookson ging um die Rate der Phosphanproduktion, wenn es sich hier tatsächlich um Organismen handelt. Sie wurde beantwortet damit, dass entweder die Effizienz der Organismen dort ist nur bei 10 % oder dass es dort nicht viele Organismen gibt, aber dennoch einiges an Phosphan produzieren. Auch an dieser Stelle können sie nicht viel genaues sagen und Prof. Bains verweist wieder auf viele Unbekannte in der Venusatmosphäre hin.

Ethan Siegel fragt, ob sie sich sicher sein können, dass das Monophosphan doch nicht irgendwie abiotisch, also nicht im Sinne von Kleinstlebewesen, erklärt werden können und ob das Phosphan nicht irgendwie wie in den dichten Atmosphären des Jupiters und Saturns entstehen könne, die ja ohnehin schon Gasplaneten sind. Er leitet seine Frage mit einigem Einleiten und Wiederholen des Gesagten ein und bekommt öfters ein Nicken der Wissenschaftler. Prof. Sara Seeger bestätigt nochmal, dass die Venus wirklich nicht gut mit Jupiter und Saturn vergleichbar sei, da die Mengen an Gas und der Druck und die Temperatur in den Tiefen des Jupiters und Saturns und die großen Mengen an Wasserstoff die Produktion des Phosphans in den Gasplaneten verglichen mit der Venus zufriedenstellend erklärt werden könne. Sie will aber eine Ähnlichkeit in der Produktion mit den beiden Gasriesen nicht ausschließen und wiederholt, dass mehr Gewissheit eine Raumfahrtmission bringe, damit man vor Ort die Sachlage genau untersuchen kann. Dr. William Bains bestätigt das Gesagte der Prof. Sara Seager und betont wiederholt, dass Kleinstlebewesen nur einer der Möglichkeiten seien. Er findet die Frage von Ethan Siegel sehr berechtigt und wiederholt, dass für die Jupiter-Phosphan-Prozesse ein Druck von Hunderten an Atmosphären (=Hunderte Bar) und dann noch viel oder fast alles mit Wasserstoff für dasselbe Prinzip notwendig seien, erwähnt aber, dass die Venusatmosphäre nur eine vernachlässigbare Menge an Wasserstoff aufweise. Für jede nur erdenkliche Art von Mechanismus für die Menge an Phosphan hätten sie zu vielen anderen Experten gesprochen und sie hätten äußerst viele Möglichkeiten mit ihren thermodynamischen Berechnungen überprüft.

Nikolai Garonny, ein Wissenschaftsjournalist von BBC in Russland fragt, ob die Wissenschaftler mit Roskosmos und ihrer aktuellen Venusmission „Venera D“ Kontakt haben, da sehr viele Daten von der Venusatmosphäre von dem u.a. Ballonflug-Teil der Vega-Sowjetmission zur Venus 1985 gesammelt wurden. Dies verneint die Prof. Jane Greaves und meint, dass alles so schnell ging, mit den Berechnungen, dass man daran nicht wirklich nachgedacht hätte.

Der freiberufliche Rick Lovett schreibt für das australische Cosmos-Magazin und sagt, dass viele Fragen für ihn beantwortet wurden, aber wie die irdischen Lebensformen Phosphan produzieren. Seine Frage wurde von Prof. Sara Seager wieder mit einem „wir wissen es ehrlich gesagt noch nicht genau“ beantwortet. Also sie scheinen zwar überzeugt zu sein, dass sie auch Phosphan produzierten, aber nicht genau über welche biochemischen Reaktionen, aber dass sie hoffen, dass sie damit andere Wissenschaftler dazu motivieren, in diese Richtung zu forschen.

Jemand, der nur als „Christian“ erwähnt wird, fragt was für andere Arten das Forscherteam von Bestätigungen der Sache des Phosphans in der Venusatmosphäre gerne sehen würden. Das Team hofft so zum Beispiel auf noch weitere Biomarker um die Theorie um anaeroben Organismen zu erhärten.

Ein anderer Fragesteller, dessen Name offenbar nicht genannt wurde, wollte wissen, wie der Prozess von 2016 bis zu dem Zeitpunkt der Pressekonferenz am 14.09.2020 aussah und ob sie wüssten, dass Peter Beck, der CEO von Rocket Lab eine Raumfahrtmission zur Venus plant. Prof. Jane Greaves kam mit der Idee, weil sie eine Astrobiologin und eine Milimeterwellen-Astronomin ist. Im Januar 2016 kam sie mit der Idee, die ihr aufgesprungen ist und sie brauchte nach eigenen Angaben viel Zeit, um Teleskope für Observation zu bekommen. Sie hat dann im Juni 2017 Zeit vom JCMT-Observatorium bekommen und viel Hilfe von deren Leitung, welche sogar in einer Liste am Ende des Papers stehen. Sie hätten angeblich auch 18 Monate gebraucht, um sich selbst zu überzeugen, dass es da ein Signal gab. Damit seien sie dann zu ALMA gegangen, welches ihnen dann speziell Beobachtungszeit dafür gab, was allerdings riskant war, denn sie mussten es in wenigen Wochen schaffen und zwischendrin gab es auch noch schlechtes Wetter, welches die Beobachtungen verhinderte und dann war bereits März 2019. In der Zeit danach haben sie überwiegend ihre Berechnungen getan. Prof. Sara Seager sprach, dass sie zwei Jahre bereits zusammen mit Dr. William Bains und ein paar anderen bei den Berechnungen geholfen haben und ihre Expertise mitbrachten und dass es letztendlich zu deren Erfolg geführt hat.

Die Fragerunde und somit die Pressekonferenz neigt sich dem Ende zu und die nächste Fragestellerin namens Jennifer Millard, welche unter anderem zu einem astronomischen Podcast gehört, fragt aufgeregt darüber, woher die Venus als „natürliche Radioquelle“ ihre Radiostrahlung her hat und ob es von diesem theoretisch möglichem Leben eine Verbindung zum Leben auf der Erde gibt und wäre sich bewusst, dass diese Frage natürlich höchst spekulativ sei. Prof. Jane Greaves beantwortet die Frage damit, dass es eine Mischung aus vielen verschiedenen Emissionen aus der Venusatmosphäre sei, so macht z.B. das Kohlenstoffdioxid den Großteil des Spektrums aus, mit seinen typischen Linien. Prof. Sara Seager fügt noch hinzu, dass die Sonne in die Venusatmosphäre scheint und auch ein Teil der inneren Energie aus dem Kern der Venus auf die Venusatmosphäre fällt und dort in dieses Spektrum „uminterpretiert“ wird, welches in den Radiowellen auf die Teleskope der Erde fällt. Zur zweiten Frage vermuten Prof. Sara Seager und Dr. William Bains hinter dem Leben in den Wolken der Venus eine möglicherweise ganz neue Lebensform, welche im Grundsatz zu den Lebensformen der Erde unterschiedlich sind. Aber sie schließen auch die Möglichkeit nicht aus, dass die Lebensformen in einer Weise Kontakt mit der Erde hatten und meinen dasselbe für den Mars.

Prof. Sara Seager will an der Stelle noch hinzufügen, dass zum einen Biosagnaturen tatsächlich auch u.a. Methan, Lachgas, Ammoniak, Methylchlorid, allerdings seien diese Gase schwieriger in der Venusatmosphäre auszumachen, weil sie theoretisch zusammen verwickelt sein können oder dass Kohlenstoffdioxid ihre Spektren blockiert, oder zur rar in der Atmosphäre verstreut sind. Ein Gerät nahe der Venus könnte jedoch die Signale verstärken. Sie erzählt dann über Rocket Labs neuste Ideen, sie würden ein Gerät mit nur 15 Kilogramm und davon nur 3 Kilogramm für eine Art von Nutzlast zur Venus schicken, da ihre Raketen ja wirklich nur Kleinraketen sind.

Sie haben nur noch zwei Minuten Zeit und könnten eine weitere Frage beantworten. Als letzte kommt somit Pamela Gay von Daily Space des Planetary Science Institute fragt, ob es Unterschiede von der Nachtseite der Venus und der Tagseite der Venus im Bezug zur Entdeckung gibt. Prof. Jane Greaves denkt, dass es in der Tat einen natürlichen Unterschied gibt, besonders im Infrarotbereich, aber weniger im Radiobereich des Spektrums.

Nun kommt schon die Abmoderation und der Hinweis, wo mehr Informationen gefunden werden kann, z.B. gibt es Erklärvideos auf der Webseite der Royal Astronomical Society und auch die ESO hat einiges an Material. Eine Fragerunde auf Twitter wurde ein Tag später abgehalten und ein „Ask Me Anything“ (zu Deutsch: Frag mich alles) auf Reddit zwei Tage später.

Weblinks / Quellen:

GSA-Beitrag über die Venus: Die Venus
Aktuell laufende Venusmission: https://de.wikipedia.org/wiki/Akatsuki

Landung der Crew Dragon Demo-2/SpX-DM2|SpaceX

Die Crew-Dragon-Kapsel Endeavour kurz vor der Wasserung. Bildquelle: https://www.epochtimes.de/
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Am 02.08.2020 18:48:06 UTC ist die Crew Dragon „Endeavour“ von SpaceX nach etwas mehr als 2 Monaten wieder auf der ISS gelandet. Zuvor wurde die Endeavour gestern am 01.08. um 23:35 UTC von der ISS getrennt. Mit dem Start vor zwei Monaten sind erstmals zwei US-Astronauten wieder von der USA aus seit dem Ende der Space Shuttle Missionen im Jahre 2011 gestartet. Diesmal allerdings von dem privaten Weltraumunternehmen SpaceX.

Die Endeavour landete zum ersten Mal seit 45 Jahren im Wasser, sie wurde nach einem ehemaligen Space Shuttle Stunden nach dem Start benannt. Ihre Masse betrug bei der Landung 12,055 Tonnen. Die Astronauten scheinen wie gewöhnlich geschlaucht zu sein, jedoch gesund.

Quellen:

Die Bergung der Crew Dragon Kapsel

Hope – Marsmission der Vereinigten Arabischen Emirate

Wann?                                19.07.2020, 21:58 UTC (22:58 MEZ, 23:58 MESZ)
Wer?                                    Auftraggeber: VAE (Vereinigte Arabische Emirate)
Was?                                    Mars-Raumsonden-Mission „Hope-Probe“
Trägerrakete?                H-IIA 202 (JAXA/Mitsubishi)
Von wo aus?                     LA-Y1, TSC (Tanegashima Space Center), Japan
Ziel?                                     Marsorbit, 09.02.2021
Besatzung?                       Unbemannt
Missionsdauer?              Min. 1 Marsjahr (ca. 687 Erdtage)

Übersicht

Das erklärte Hauptziel der ersten emiratischen Marsmission ist die Erforschung der unteren Marsatmosphärenschicht für das Verständnis der Klimadynamik tagesweise und jahreszeitenweise und des Wetters auf dem Mars, sowie den Verlust von Wasserstoff und Sauerstoff der Atmosphäre, und ob es dabei Zusammenhänge gibt. Mit der Hope-Mission wollen Wissenschaftler auch auf die Veränderungen des Mars von einem feuchten und warmen Planeten in einen trockenen, kühlen und staubigen Planeten machen. Die Marsmission soll den Orbit Anfang Februar 2021 erreichen und mindestens ein Marsjahr im Einsatz bleiben.

Hopes Umlaufbahn wird eine Apoapsis von 43 Tsd. Kilometer und eine Periapsis von 20 Tsd. Aufweisen. Die Neigung zum Marsäquator soll dann 25° haben. Kein anderes Raumschiff zuvor hatte eine ähnliche Umlaufbahn um den Mars. Aus einer solchen Höhe ist es Hope gut möglich etwa 40 % des Marsglobus gleichzeitig zu beobachten.

Von der Emirati-Marsmission erhofft man sich Inspiration und eine ganze Nachwuchsgesellschaft, sowie Prestige und das Gesehenwerden in der internationalen Marswissenschaftsgesellschaft.

Aufbau von Hope

Hope hat Solarpanele für die Stromerzeugung, die 600 Watt liefern sollen. Eine große Parabolantenne von 1,85 Meter Durchmesser und alles zusammen, mit dem Bordtreibstoff und Triebwerk sind das 1 350 kg.

Technologien

Die Marssonde Hope wird das Wettersystem des Mars untersuchen und die Wetterveränderungen jeden Tag tagein, tagaus und auf dem ganzen Marsglobus protokollieren, simultan die Verteilung von Wasserstoff und Sauerstoff in der obersten Atmosphärenschicht überwachen. Wichtig ist dabei auch die möglichen Zusammenhänge zwischen den Klima- u. Wetterereignissen in der untersten Schicht und dem Atmosphärenverlust der obersten Schicht. Das hatte in der Vergangenheit die Folge gehabt, dass der Mars sein ganzes Oberflächenwasser verlor.

Wissenschaftliche Experimente

Die Marssonde Hope besitzt drei Instrumente, die alle non-in-situ sind (nicht stationär/lokal messend):

  • EMIRS (Emirates Mars Infrared Spectrometer): Untersucht die untere Atmosphäre im IR-Bereich mit Interferometrie, misst die globale Verteilung von Staub, Eiswolken, Wasserdämpfen und Temperaturprofile. Verknüpft die Beobachtungen mit der Untersuchungen der oberen Atmosphäre durch EMUS und EXI.
  • EXI (Emirates Exploration Imager): Nimmt 12-Megapixel-Aufnahmen zwischen Sichtbates Licht und Ultraviolett vom Mars auf, untersucht damit die untere Atmosphäre auf Tiefe des Marswassereises und Ozon.
  • EMUS (Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer): Überwacht die Positionen von Wasserstoff- u. Sauerstoffansammlungen, sowie Kohlenmonoxid und protokolliert die Veränderungen über Zeit.
Livestream

Status: Im Flug

Quellen:

Demo-2/SpX-DM2|SpaceX

Bemannter Teststart der USA zur Internationalen Raumstation im Jahr 2020

Wann? 30.05.2020 um 19:22:45 UTC (20:22:45 MEZ, 21:22:45 MESZ)
Wer? SpaceX, NASA (Commercial Crew Programm)
Was? Erster bemannter Flug der Crew Dragon-Kapsel/Raumschiff
Trägerrakete? Falcon 9 (Block 5)
Von wo aus? LC-39A, KSC (Kennedy Space Center), Florida (USA)
Ziel?  Die ISS; 417 × 419 km; 51,64°
Besatzung? Douglas Hurley, Robert Behnken
Booster + Landeplattform? Booster: B1058 (Erster Flug), Landeplattform: OCISLY (Of Course I Still Love You)
Docking? Andockport: PMA-2, Harmony-Modul; 31.05.2020, 14:29:20 UTC (16:29:20 MESZ)

Besatzung

Douglas Hurley, der Kommandant des Raumschiffs, und Robert Behnken, der „joint operations commander“, würden nun zum dritten Mal in den Weltraum fliegen. Sie wurden für diese Erprobungsmission am 03.08.2010 von der NASA nominiert. Hurley hat an der letzten Space-Shuttle-Mission STS-135 teilgenommen, er wurde dazu am 14.09.2010 nominiert, am 08.07.2011 erfolgte der Start, am 21.07.2011 die Landung. Außerdem flog er bei STS-127 Juli 2009 mit, es wurden japanische Module an die Internationale Raumstation geliefert. Behnken ist ebenfalls ein Space-Shuttle-Astronaut. Bei der STS-123 brachte er im März 2008 als Weltraumneuling das japanische Kibō und der kanadische Roboterarm Dextre zur ISS. Bei der STS-130 führte er im Februar 2010 zusammen mit Nicolas Patrick drei Außenbord-Einsätze durch (EVA-Einsätze).

Missionsverlauf

Vor dem Start

Das Crew Dragon Raumschiff ist von dem Unternehmen SpaceX entwickelt worden und eine bemannte Version des zweiten Dragon-Typs. Mit dieser Mission wird die Crew Dragon zum vierten und letzten Mal getestet, was seitens der Sicherheit (besonders für die Astronauten) absolut notwendig und unumgänglich ist. Bei einem Erfolg ist es geplant, dass die Crew Dragon jährlich zur ISS einen Crew- (und Material) Austausch fliegt. Wenn der CST-100 Starliner von Boeing/ULA United Launch Alliance) in der Entwicklung fertig ist, werden sich der Starliner und die Crew Dragon halbjährlich abwechseln. Die USA denkt, es wäre erforderlich nebst dem Sojus-Raumschiff von Roskosmos Russland), eine zuverlässige Redundanz zu schaffen.

Ursprünglich war geplant, dass das Raumschiff zehn Tage lang an der ISS zu docken. Nachdem unglücklicherweise im April 2019 ein Crew Dragon Raumschiff bei einem static fire test grandios explodierte. Dadurch mussten die gebauten Raumschiffe den Missionen neu zugeordnet werden und das Raumschiff, welches jetzt für diese Mission zugeordnet ist, war eigentlich bestimmt für die erste reguläre Langzeit-)Mission. Deshalb wurde die Missionsdauer auf mindestens einem Monat ausgeweitet. Maximal aber 119 Tage, was bedeutet, dass die Landung spätestens am 23.09.2020 stattfinden wird. Hurley und Behnken sollen normal an der ISS-Expedition 63 mitarbeiten (vorausgesetzt es gibt kein Fehlschlag).

Am 27.05.2020 wurde der Start 17 Minuten vor dem Start abgebrochen. Das Wetterprotokoll für den Start stimmte nicht mit den Startbedingungen überein und stand bereits einige Tage zuvor laut Wettervorhersagen auf 50/50 go/no go.

Offizieller Livestream vom 27.05.2020

Geplant

Am 21.05.2020 wurde die Rakete auf dem Starttisch aufgestellt. Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/SpaceX_Demo-2_Rollout_%28NHQ202005210007%29.jpg

Der US-Präsident Trump und der Vize Mike Pence haben beide angekündigt zum KSC zu kommen, um den Start zu sehen. Das NASA-Wurmlogo ist seit 1992 zum Ersten Mal auf einer Rakete wieder zu sehen. Der Start wird wie gewöhnlich ablaufen. Der Booster B1058 wird wie gewöhnlich auf der autonomen schwimmenden Landeplattform im Meer/Ozean landen und für spätere Tests wiederbenutzt werden. Nach 19-stündigem Flug im LEO wird die Crew Dragon den Andockport PMA-2 am Harmony-Modul um 16:28 MESZ am Folgetag andocken.

Für diesen Start wurde am 27.05. und jetzt heute Abend auch wieder ein Fahrzeug von Tesla, um die Astronauten zum Launchpad 39A zu bringen. Das ist bislang einmalig.

Tim Dodd erläutert den Vorgang des Starts.

Falcon 9 und das Crew Dragon Raumschiff kurz angerissen

Die Trägerrakete Falcon 9 von SpaceX ist im Moment eine, mit hohem Grad an Wiederverwendbarkeit: Die erste Stufe landet mit nur wenig Resttreibstoff sicher zurück – diesmal im atlantischen Ozean auf einem unbemanntem Drohnenschiff. Die zweite Stufe, welche das Raumschiff in die Umlaufbahn bringt, wird und kann im Moment oft noch nicht zurückgebracht. Fortschritte macht man auch mit der Nutzlastverkleidung, die die Rakete wesentlich aerodynamischer macht, sie kann mittlerweile ebenfalls geborgen und wieder eingesetzt werden. Das ist nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch ressourcen- und geldschnonender. In dem Video um den Startvorgang wird über die einzelnen Sequenzen des Starts mit der Trägerrakete referiert. Die erste Stufe wird von 9 Merlin-1D-Triebwerken angetrieben, die zweite von einem Triebwerk, welches für mehr Effizienz speziell vakuumoptimiert wurde. Beispiele für letzte Raketenstarts mit der Falcon 9:

Und das Dragon Raumschiff ist ausgelegt mit dem Commercial Crew Program (CCP) mindestens jährlich die ISS zum Crew-Austausch zu fliegen. Natürlich will hier SpaceX schon einige Erfahrungen für kommende Mondflüge und in fernerer Zukunft bis zum Mars zu erledigen. Das Dragon Raumschiff kann theoretisch bei einer explodierenden Rakete sein “Crewrettungsystem”, das ist ein Raketentriebwerkssystem, welches das Raumschiff schnell von der Rakete wegziehen kann, zünden. Anders, als bei dem z.B. Apollo-Raumschiff, ist das System in die Kapsel integriert, und nicht oben drauf als “Extra-Modul”. Die Dragon kann in ihrer unbemannten Variante 6 Tonnen Material zur ISS tragen und 3 Tonnen wieder zurück und damit verrate ich auch schon, dass die Dragon ebenfalls wiederverwendbar ist.

Der aktuelle Livestream.

Status: Die Mission ist erfolgreich abgeschlossen.

Quellen:

Weblinks:
https://www.spacex.com/launches/

Apsidendrehung (und eigentlich sogar Himmelsmechanik-Basics) – Teil 2 von 2

Letztes Mal haben wir uns angesehen, wie so grob die Gravitation für Konsequenzen haben und auch sogar mathematisch. Leider habe ich immer noch kein Plugin, oder HTML-Ding für Formeln gefunden, sonst würde ich sie nicht in ein Bild packen. Heute gehe ich näher auf ein Problem der Himmelsmechanik ein und bei weiteren Gelegenheiten auf andere. Aber keine Sorge, ich werde sicher nicht die super viel Mathematik-Zeugs reinpacken. So wie beim letzten Mal etwa. Das nächste Mal sehen wir uns wieder entweder auf Discord, oder bei meinem nächsten Beitrag, der über SpaceXs neue Mission handeln wird. Also … fangen wir mal an!

Mit den Formeln war alles okay soweit. Man konnte zuverlässig Planetenbahnen über Jahrzehnte hinweg bestimmen und für die meisten reichte es auch schon. Es war nämlich bereits eine sehr gute Näherung, wenn man die Keplerschen Gesetze zu Hand nimmt, um alles Wesentliche zu berechnen. Selbst die leichte Ellipsenform aller Planeten (inklusiver der Erde) und die deswegen auftretenden Geschwindigkeitsschwankungen konnten durch die Gesetze schon berücksichtigt werden. Aber wenn wir uns den Merkur anschauen, oder für Raumfahrtmission so energieoptimiert wie möglich denken müssen, dann merken wir, dass da was nicht passt. Aber schauen wir uns mal die Aufzeichnung, die auf speziell unser Himmelsmechanik-Problem von heute bestimmt sind (bzw. auch welche, dessen Aufzeichnungen über deren Beobachtung die Ursache eigentlich die Apsidendrehung ist, und nicht, wie früher öfters gedacht, etwas anderem zuzuschreiben sind)

Geschichte der Apsidendrehungsforschung

So wirklich ging es mit der Geschichte über die Forschung der Apsidendrehung im 9tem Jahrhundert. Thabit ibn Qurrah bemerkte, dass sich das Sonnenapogäum (Der Punkt in der Ekliptik (scheinbare Sonnenbahn um die Erde), an dem sich die Sonne am langsamsten bewegt, was aber auf die tatsächliche Erdbahn zurückzuführen ist) rechtläufig bezüglich der Äquinoktialpunkte (Der Ort, an dem sich die Sonne während einer Tagundnachtgleiche sich befindet) bewegt. Er hielt es allerdings für rein präzessionsbedingt (Präzession = (hier) Pendelbewegung der Erde um ihre Rotationsachse), wie auch alle vor ihm, die sich dieser Thematik näherten. Al-Battani empfahl für die Berechnung der Apogäumslänge denselben Betrag wie bei der konstanten Präzession zu seinem Ergebnis durch seine Beobachtung am 01. März 880, welches Ergebnis 82° 15′ ekliptikale Länge betrug, hinzu zu addieren. Sie bestimmten die Geschwindigkeit der Sonnenapogäumsdrehung, wie die Präzession der Erdachse auf 23 780 Jahren pro Vollkreis (Die Präzessionsbewegung dauerte tatsächlich J2000.0 25 784 Jahre pro Vollkreis). Und genau das verarbeitete Ptolemäus schon Jahrhunderte vorher in seinem Almagest ein.
Erst ibn asch-Shatir stellte im 14ten Jahrhundert fest, dass die rechtläufige Bewegung relativ zu den Äquinoktien doch eine andere Geschwindigkeit als die Präzession hat und also wohl nicht damit zusammenhängt.

Bevor wir zum Höhepunkt der Apsidendrehungsforschung kommen, möchte ich noch erwähnen, dass die Babylonier bereits die Perigäumsdrehung des Mondes kannten und sie in ihre Berechnungen mit einbezogen haben, was die Griechen übernommen und u.a. für die Epizykeltheorie weiterverwendet haben.

Periheldrehung des Merkur

Wir haben schon die Elliptizität der Planeten festgestellt. Durch Kepler beschrieben, begründet durch Newton. Wir haben auch schon erwähnt, dass Newton auch ermöglichte, die Bahnstörungen zu beschreiben, die die Planeten sich gegenseitig zufügen, auch wenn sie gleichzeitig nur sehr gering ist. Ebenso kann hierdurch die Apsidendrehung nahezu vollständig erklärt werden.

Ein Video von mir auf YouTube in SpaceEngine über den Merkurtransit 2019.

Wenn wir zurück mittig ins 19te Jahrhundert blicken, benutzte Urbain Le Verrier (einer derjenigen, die die Entdeckung des Neptuns maßgeblich vorangetrieben hat) für eine exakte Vermessung der Merkurumlaufbahn Daten aus Merkurtransiten und entdeckte, dass nach den himmelsmechanischen Berechnungen er sich etwa 40″ nicht von den (moderner Wert: 571,91″ je Jahrhundert) erklären konnte, was immerhin ein recht großer Betrag darstellt. Da er bereits erfolgreich unerklärliche Bahnstörungen von Uranus auf einen vorerst unbekannten Planeten, später den Neptun, schob, kam er zu dem Schluss, dass jetzt ein weiterer Planet innerhalb der Merkurbahn liegen müsste. Dieser Planet hielt ohne Entdeckung bereits den Namen „Vulkan“, aber konnte nie bei umfangreichen Suchen in der Nähe der Sonne, sowie bei einigen Sonnenfinsternissen gefunden werden. Daher spekulierten Wissenschaftler auf merkurnahe Asteroidengürtel, oder dem interplanetaren Staub selbst, aber mit ihren Erklärungsversuchen blieben alle auf der falschen Spur.

Bevor Einstein ins Spiel kam, versuchte Paul Gerber 1898 aus den elektrodynamischen Kraftgesetzen und unter der Annahme, dass sich die Gravitation mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, diesen bislang unerklärlichen Überschuss abzuleiten. Seine Formel für diese Apsidendrehungsabweichung war tatsächlich identisch mit denen, die Einstein später aufgestellt hatte, aber leider waren die Kraftgesetze, die er angewandt hat, fehl am Platz und solch artige Theorie mussten aufgegeben werden. Einstein hatte dann aber mit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie einen Erfolg verbucht, denn er konnte bis dato unwiderlegt und überzeugend diesen Überschuss erklären. Es war für die ART einer der ersten wichtigen Bestätigungen. (Berechneter Überschuss mit der ART: 42,98″ je Jahrhundert) Die Ursache des relativistischen Effekts liegt in der ganz leichten Abweichung zum klassisch invers-quadratischem Verhalten der Gravitation.

Damit ist es aber noch nicht getan, noch sind die Zweifel daran, dass die ART diesen Überschuss wirklich erklärt, nicht getilgt, denn die Apsidendrehung, die die rotationsbedingte Abplattung der Sonne hervorruft, konnten noch nicht mitberechnet werden. Jahrelang waren die Werte von der Größe der Abplattung der Sonne in sich widersprüchlich und somit blieb an der Erklärung des Überschusses von diesem Phänomen immer Angriffsfläche gegen die ART erhalten. Inzwischen kennt man den Wert der Abplattung zuverlässig und relativ genau und die Apsidendrehung, die die Abplattung verursachen kann beläuft sich auf nur wenige Hundertstel Bogensekunden.

Die Physik

Die Satelliten im Erdorbit erfahren eine Perigäumsdrehung durch die Abplattung der Erde. Im LEO kommt noch die Reibung an der Atmosphäre hinzu. So beträgt die Perigäumsdrehung der GPS-Satelliten, welche in einer Höhe von ca. 20 200 Kilometer um die Erde kreisen, etwa 0,01° pro Tag. Und hier kommt auch schon die Formel dafür:

Dabei ist ω̇ die Apsidendrehung in Bogenmaß pro Umlauf, n die Mittlere Winkelgeschwindigkeit eines Satelliten auf seiner Umlaufbahn, aE die große Halbachse vom Äquator des zu umkreisenden Planeten, a die große Halbachse der Satellitenumlaufbahn, i die Inklination der Umlaufbahn gegen den Planetenäquator, e die Exzentrizität der Satellitenumlaufbahn und J2 der Entwicklungskoeffizient des Quadrupolmoments des Gravitationspotential des zu umkreisenden Planeten. J2 ist im Falle der Erde 1,082 635 9 × 10-3. Man rechnet n aus, indem man die Umlaufszeit durch den Vollkreis dividiert. Nehmen wir mal für unser Beispiel die ISS. Die Daten für die ISS a = 418,5 km; i = 51,6412°; n = , ca. 0,001 126 255; aE = 6 378 137 m; e = 0,000 124 9; J2 = 1,082 635 9 × 10-3. Also ist die Apsidendrehung der ISS in Bogenmaß pro Umlauf

Bei 15,493 901 88 Umläufen pro Tag macht das eine rechtläufige Periheldrehung von 2,387 330 911 507 135 Bogensekunden am Tag. Ich denke aber mal, fernab von wesentlich komplizierteren Rechnungen gerechnet zu haben, dass die Atmosphäre und der Sonnenwind fast eine größere Auswirkung haben könnten.

Wenn die Umlaufbahn eines Satelliten eine Inklination von ca. 63,4° gegen den Planetenäquator hat, dann ist das Perigäum näherungsweise stabil, unter 63,4° bewegt es sich rechtläufig, über 63,4° rückläufig. Diese Eigenschaft wird für einen besonderen Orbit benutzt, zu dem wir wann anders mal zurückkommen. Ein durchaus bedeutender Anteil der Apsidendrehung, insbesondere bei der Periheldrehung vom Merkur, wie wir weiter oben festgestellt haben, ist der relativistischer Anteil. Der kommt von der ART und von der Gravitation, welche ja nicht ganz invers-quadratisch sich auswirkt, und bei besonders hohen Geschwindigkeiten den Raum, bzw. die Zeit beeinflusst. So kann es grob gesagt sein, dass der Satellit minimal schneller ist, wenn er bereits schnell ist und, dass deswegen auch nur das Perihel, bzw. die Periapsis, sich dreht (und damit die Apsidenlinie und die Ausrichtung der Umlaufbahn, weswegen wir die Apsidendrehung in Winkelmaßen angeben). Die Formel dazu habe ich auch:

Das G ist die Gravitationskonstante (G = 6,6743 × 10-11), M die Masse des zu umkreisenden Objekts (Die Sonne (bei einem Planeten), der Planet (bei einem Mond/Satellit)) und c die Lichtgeschwindigkeit (per definitionem 299 792 458 m/s). Nehmen wir doch für unser Beispiel dieser Formel den Merkur: (man braucht eigentlich nicht mit unglaublich vielen Nachkommastellen rechnen)

Das Perihel des Merkurs bewegt sich prograd (rechtläufig). Das ist eine Apsidendrehung von

mit einer Umlaufszeit von Merkur von 0,240 85 Jahren. Das sind fast 88 Erdtage.

Ich hoffe, ich habe euch nicht zu mathematisiert. Keine Sorge, viel komplizierter als die Apsidendrehung habe ich nicht vor, was auf GSA zu machen. Außerdem wollte ich noch den Hinweis geben, dass ich bei der Beispielrechnung um die ISS nicht keine Gewähr auf absolute Korrektheit geben kann, auch wenn ich mir ziemlich sicher um meine Rechnung bin. Verzeiht mir, wenn ich mathematisch teilweise informal bin.

Quellen:

Witziger Satellitenname

Okay, aufgepasst! Während ich gerade an dem einem längeren Dokument für Geschichte der Astronomie sitze, das dauert auch noch etwas länger, und bereits noch ein anderes großes Dokument im Hintergrund für GSA schreibe, welches ich bereits mehrmals erwähnt habe, habe ich mich entschieden solange einen kleineren Beitrag zu schreiben um keine so lange Pausen zu erzeugen. Wundert euch nicht, ich bin noch nicht tot. Na gut.

So sieht der Satellit aus. Bildquelle: https://space.skyrocket.de/img_sat/xingyun-2__1.jpg

Die Chinesen haben heute Nacht einen weiteren im Grunde unbedeutenden Satelliten ins All geschossen. Nein, wirklich, schließt bitte jetzt nicht den Tab. Ich werde es euch genau erläutern. Bei dem Raketenstart, welcher heute um 01:16 UTC abging, handelte es sich um eine Kuaizhou 1A-Rakete der chinesischen ExPace. Die Kuaizhou ist ein Mikrolauncher, eine Kleinrakete, sie kann maximal etwa 300 kg in den Orbit hieven. Es war der 31. Start dieses Jahr an öffentlich bekannten Raketenstarts. Die Nutzlast ist der Satellit Xingyun-2 01&02. Sie sind ein Duo für die chinesische LEO (Low Earth Orbit?)-Konstellation bestehend aus den zwei Satelliten. Die zwei Satelliten wiegen so viel wie ein größerer Mensch, nämlich insgesamt 93 kg und werden von Xingyun Satellite Co. Betrieben, welches ein Tochterunternehmen von „CASIC“, einer der großen chinesischen Raumfahrtunternehmen darstellt. Die Satelliten haben ein L-Band Kommunikationssystem und kommunizieren auch untereinander per Laser. Sie haben einen Uplink-Wert von bis zu 9,6 kbit/s und einen Downlink-Wert von 2,4 kbit/s.

Einer der Satelliten im Bau. (Danke an Netizen, er hat das Bild gefunden) Bildquelle: https://www.nasaspaceflight.com/wp-content/uploads/2020/05/NSF-2020-05-12-01-29-39-310.jpg
Im Vordergrund sieht man “Phased-Array-Antennen”: https://de.wikipedia.org/wiki/Phased-Array-Antenne

Das besondere daran ist, dass 01 nun den offiziellen Spitznamen Wuhan trägt, welches der Name für die chinesische Stadt ist, in der maßgeblich das Coronavirus SARS-CoV-2 ausgebrochen ist. Es soll an dem Beginn der Pandemie erinnern und die Opfer der weltumspannenden Katastrophe ehren. Witzig insofern, dass ich wohl nie ein Satellit, oder ein sonstiges Objekt Wuhan, oder COVID-19 nennen würde. Ein Neugeborenes namens Corona wäre schon irgendwie denkbar. Naja, darüber kann man sich jetzt streiten.

Quellen:
https://www.nextspaceflight.com/launches/details/2665
https://space.skyrocket.de/doc_sdat/xingyun-2.htm

Apsidendrehung (und eigentlich sogar Himmelsmechanik-Basics) – Teil 1 von 2

Ich kannte es bisher eher als Periheldrehung, aber Apsidendrehung als allgemeinen Begriff zu verwenden, erscheint mir sinnvoll. Ähm. Noch was anderes: Ich habe ja geschrieben, dass ich mehr Zeit hätte, ja, es stimmt, aber ist auch tagesäbhangig, es gibt auch Tage, an denen ich echt ziemlich viel tun muss. Ich sitze aber im Moment noch an einem anderen Dokument, welches zwar in Zeit liegt und für u.a. GSA gedacht ist (Die Geheimnisse von Maugri) und daher kommen jetzt auch nicht öfters Beiträge. Ich versuche mir immer neue Themen einfallen zu lassen, (aktuell gibt es viel Input!), und an der Astronomie-Geschichte weiterzuschreiben, aber es gibt weiterhin vermutlich im 3-Tage-Zyklus halbregelmäßig Beiträge. So! Genug dazu.

Wir kennen ja alle unser Sonnensystem, ja? Da gibt es acht Planeten, Merkur bis Neptun, da gibt es auch unzählige verschiedene Himmelskörper, die sonst noch im Sonnensystem verweilen und glücklich ihre Bahnen ziehen.
Genau, sie ziehen Bahnen. Das ist schon eine ganz alte Erkenntnis, die wir schon seit mindestens 5 Tausend Jahren oder mehr haben. Man brauchte den Himmel über wenige Jahre sich ansehen und bereits wichtige andere Erkenntnisse machen. Z.B. gibt es dort den Mond, eine kugelrunde Fläche welche abhängig von der Sonne angestrahlt wird und dementsprechend dann einen Stand am Himmel hat. Man hat auch 5 weitere „Wandelgestirne“ bemerkt, welche über Wochen sich relativ zu den Fixsternen bewegen, da gab es schnelle Wandelgestirne und langsamere, es gab die Venus und den Merkur, die scheinbar eine andere Art von Bahn besitzen und immer der Sonne nahe bleiben und die Helligkeit auch verändern und die anderen drei Wandelgestirne, welche eine Bahn beschreiben, die der (scheinbaren) Sonnenbahn, auch Ekliptik, ähneln. Doch wenn man sie genau beobachtet, und auch die, die immer nahe an der Sonne liegen, haben nach einer gewissen Zeit eine höchst eigenartige Flugbahn: Sie fliegen in einem bestimmten Zeitrahmen plötzlich eine Schleife. Ja, sie wandern für meist einige Wochen rückläufig, erreichen den Stillstand, und bewegen sich wieder normal. Das macht der Jupiter alle 13 Monate, der Saturn etwa alle 12 ½ Monate und der Mars nur alle 26 Monate. Bei der ersten Kategorie erreicht die Venus den Ausgangspunkt nach etwa 7 ½ wieder und der Merkur sogar nach fast 4 Monaten wieder. Wobei ich sagen muss, dass es auch damals ohne Lichtverschmutzung es schwierig geworden wäre, den Merkur zu sichten.

Die Menschen taten sich immer besser darin, die Planetenbahnen genau vorherzusagen. Sie konnten sich schon vor der Antike zusammenreimen, dass diese Schleifen, und Häufigkeit der Schleifen, Helligkeit und die Geschwindigkeit, den Fixsternhimmel einmal zu umrunden, scheinbar eine Reihenfolge vorgibt. Man stellte sich oft die Sonne als Zentrum vor und alle anderen Wandelgestirne inklusive der Erde als Trabanten. Der Mond kreiste ohne eine Veränderung der Oberflächenform weiterhin um die Erde und man stellte sich ihn daher als Erdtrabant vor. Es ist das Heliozentrische Weltbild, mehr oder minder. Neben dem gab es auch noch das geozentrische Weltbild. Die Erde ist der Mittelpunkt der Welt und alle Planeten (Die Sonne und der Mond sind für das damalige Verständnis so etwas ähnliches) drehen sich um die Erde. Um die Schleifenbahnen der Planeten zu erklären, bewegen sich die Planeten noch zusätzlich auf „Nebenkreisen“ (welche natürlich befestigt sein müssen, ist ja klar…; das ist übrigens die Epizykeltheorie) und so um die Erde. Allerdings ist dieses Modell viel mehr komplexer, als das erste Weltbild und es sollt sich auch als das richtige herausstellen, auch wenn noch Feinarbeit an dem Heliozentrischen Weltbild notwendig war. Dann kam Kepler mit seinen Rudolfinischen Tafeln in der frühen Neuzeit und brachte die Erkenntnis. Die Bahnen der Planeten konnten nun jahrelang vorausbestimmt werden ohne größere Abweichungen. Aber Kepler brachte nicht die Erkenntnis, warum sie sich bewegen. Warum bewegten sie sich immer noch in angenäherte Kreisbahnen, bzw. Kegelausschnitte/Ellipsen? Das konnte man mit dem Wissen von Kepler nicht herausfinden. Kepler benutzte für seine drei Keplerschen Gesetze die Daten der Marsbahn, welche für die Präteleskopische Ära äußerst akkurat waren. Der Fehler lag nur bei vielleicht einer Bogenminute! Wir kennen alle die Formeln des Keplers?

Das bedeutet, dass

und

ist. Die Variablen folgern hier interessanterweise AE und Jahr, daraus kann man ein Verhältnis erhalten:

Dann kam Newton. Er revolutionierte die Astronomie mit seiner Entdeckung der Mechanik hinter den Planetenbewegungen: Die Gravitation! Alles was Masse besitzt, vom Neutrino bis zum Großen Attraktor zeiht alle sonstige Materie des Universums an. Zum Glück ist die Gravitation gar nicht so stark, oder? Stell dir mal vor, wie es wäre, wenn alles in deiner Nähe zu deinem Körper hingezogen wird, oder Seifenblasen sich gegenseitig anziehen würden, oder gar die Luft sich verklumpen würde! Zwar wären wir dann von der Übermasse unter uns (dein Heimatplanet) zu einem Teilchenbrei zusammengequetscht. Okay, genug davon. Die Gravitation ist nämlich die schwächste, der vier bekannten Grundkräfte. Es gibt zwei verschiedene Gravitationskonstanten, wobei jedoch die eine mit veralteten Einheiten, bzw. mit non-SI-Einheiten arbeitet. Logischerweise haben jedoch beide Zahlen denselben Wert. Einmal die SI-Gravitationskonstante mit

Und das zweite die sog. „Gaußsche Gravitationskonstante, wobei … ich sag sie euch doch nicht, es verwirrt nur. Ich habe einen Link anbei gesetzt. Dabei ist die Anziehungskraft zwischen zwei kugelsymmetrischen Körpern bei

Wenn zwei Bleikugeln mit jeweils einem Radius von 10 cm 40 cm vom Mittelpunkt her gesehen auseinander liegen, (Dichte: 11,342 g/cm2, Masse bei RT (Raumteperatur):

) liegt die gemeinsame Anziehungskraft bei

Diese zwei Bleikugeln ziehen sich mit 2,35 µN an. Das ist wenig, sehr wenig. Auf der Erde würden 240,5 ng so eine Gewichtskraft ausüben. Es wäre auch am wenigsten schlimm, wenn sich die universelle Gravitationskonstante im Universum geringfügig verändern würde. Deshalb ist die Gravitation in der Astroteilchenphysik sehr irrelevant. Nicht nur die Anziehungskraft zwischen zwei Objekten konnte ermittelt werden, sondern auch die Masse der Erde, welche wichtig für Bahnberechnungen der Erde sind. G ist die Gravitationskonstante, ME ist die Erdmasse und r die Entfernung vom Erdmittelpunkt.

Jetzt wusste man warum die Planeten sich um die Sonne drehen. Sie mussten eine gewaltige Masse haben. Heute kennt man die Sonnenmasse relativ genau und man hat sie auf

bestimmen können. Und man konnte die Geschwindigkeit der Planeten bestimmen. Man konnte jetzt durch die Umlaufszeit von z.B. Merkur mit Berücksichtigung der Eigenbewegung der Erde gut berechnen. In einer Kreisbahn sollten sich die Gravitationskräfte und die Zentripetalkräfte die Waage halten, die sie durch ihre immense Geschwindigkeit erzeugen. Also können wir die beiden Formeln dafür gleichsetzen.

. Das können wir an einem Beispiel Sonne – Erde testen: Die Masse der Sonne steht schon oben. Die Masse der Erde haben wir bereits auch ausgerechnet. Der Abstand der Erde zur Sonne beträgt im Mittel eine AE. Das sind 149 597 870 700 Meter. Hier kommt die Rechnung:

. Mit so genauen Zahlen zu rechnen macht nicht unbedingt so viel Sinn, da es genügend andere Störfaktoren gibt. Die erste Möglichkeit ist nicht unbedingt ein Störfaktor, sondern einfach der Fakt, dass die Erde keine wirkliche Kreisbahn hat und diese Bahngeschwindigkeit nur bei dieser Entfernung tatsächlich hat, denn die Entfernung ist die Große Halbachse (a), die mittlere Entfernung. Um herauszufinden, wie schnell die Erde ist, wenn sie 152 Mio. km von der Sonne weg ist, oder aber auch nur, wenn die Erde gerade mal 147 Mio. km von ihr entfernt ist, brauchen wir die Vis-Viva-Gleichung:

. Die Geschwindigkeit ist also in der Erdferne nur wenig verschieden.

Beim nächsten Teil, welcher bestimmt in etwa einer Woche herauskommt, bist du bestimmt schon Profi darin und dann schauen wir uns die ganz harte Nummer an, die Apsidendrehung. Mein nächster Beitrag handelt sich wieder um Galileo und wird vermutlich ähnlich lang wie dieser Beitrag werden. Im Moment kam nicht so viel wegen dieses längeren Beitrags und wegen dem einen anderen großem Dokument nichts. Ich denke, ich werde mich in dieser Zeit mehr auf kleine Themen konzentrieren, nach dem zweiten Teil hiervon neben meinem großen Dokument und die Geschichte der Astronomie.

Quellen:

  • Kompendium der Astronomie, Hans-Ulrich Keller, Kosmos, 2019, ISBN 978-3-440-16276-7, Kapitel 3
  • Die Geschichte der Astronomie: von Kopernikus bis Stephen Hawking, Peter Aughton, National Geographic Deutschland, 2009, ISBN: 978-3-866-90113-1