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Science
09/05/2012

Aufbruch zum Gigant des Asteroidengürtels

Die NASA-Raumsonde Dawn hat während der letzten 14 Monate den Asteroid Vesta umkreist und wichtige Erkenntnisse aus der Frühzeit des Sonnensystems gewonnen. Nun bricht die Sonde zum Zwergplanet Ceres auf, dem größten Objekt im Asteroidengürtel, auf dem riesige Wasservorkommen vermutet werden.

Die NASA-Raumsonde Dawn ist seit einigen Jahren im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter unterwegs, um Erkenntnisse über die Entstehung des Sonnensystems zu sammeln. Während der letzten 14 Monate rotierte die Sonde um den Protoplaneten Vesta und entlockte diesem allerlei Geheimnisse. Nun verlässt Dawn ihr erstes Ziel und bricht auf, um Ceres, das größte Objekt im Asteroidengürtel, zu erkunden.

Dawn wurde am 27. September 2007 gestartet. Die Raumsonde ist mit Kameras, Spektrometer, Gammastrahlen- und Neutronendetektor ausgestattet und besitzt einen Ionen-Antrieb, der die Sonde über 5 Milliarden Kilometer weit befördern soll. In einer spiralförmigen Bahn näherte sich Dawn zunächst einige Jahre lang seinem ersten Ziel, Vesta. Dabei flog sie auch am Mars vorbei, um dessen Anziehungskraft wie eine Schleuder auszunutzen.

Im Juli 2011 erreichte Dawn Vesta und schwenkte in dessen Orbit ein. Nun geht die lange Reise weiter. In der Nacht von Dienstag auf Mittwoch wird das Triebwerk gezündet. "Wir fühlen uns ein wenig wehmütig, die fantastisch produktive und aufregende Erkundung von Vesta abzuschließen, aber jetzt sehen wir dem Zwergplanet Ceres entgegen", meint Marc Rayman, der Leiter der Dawn-Mission.

NASA-Raumsonde Dawn Asteroidengürtel Vesta Ceres Zwergplanet Protoplanet Ionenantrieb Astronomie Weltraumforschung Sonnensystem.

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Überlebender einer Riesenkollision

Die Dawn-Mission stellte im vergangenen Jahr fest, dass es sich bei Vesta eindeutig um einen Protoplaneten, also die Vorstufe zu einem - weit größeren - Planeten handelt. Wie diese besitzt Vesta einen schichtförmigen Aufbau mit einem Kern aus Eisen und einem Mantel aus erstarrtem, ehemals flüssigem Gestein. Das auffälligste Kennzeichen von Vesta ist ein riesiger Krater ("Rhea Silvia") an seinem Südpol, der 460 Kilometer weit ist und einen Zentralberg aufweist, der 13 Kilometer Höhe erreicht.

Welche Dimension der Krater hat, zeigt sich im Vergleich mit der Erde. In Relation entspräche das Krater-Ausmaß etwa dem gesamten Pazifik. Bei dem Einschlag wurde quasi ein ganzes Eck des Protoplaneten weggesprengt und tief unter der Oberfläche liegendes Mantelmaterial freigelegt. Brocken in der Größenordnung ganzer Berge wurden ins Weltall geschleudert.

Bruchstücke gelangten bis zur Erde
Einige dieser Brocken erreichten eine der so genannten Kirkwoodlücken. Dabei handelt es sich um Zonen im Asteroidengürtel, in denen die Anziehungskraft des Jupiter so stark wirkt, dass Asteroiden aus ihrer Umlaufbahn gedrängt werden. Einige davon nahmen durch dieses Phänomen Kurs auf die Erde. Rund fünf Prozent aller auf unserem Planeten gefundenen Meteoriten haben vermutlich ihren Ursprung in der gigantischen Weltall-Kollision von Vesta.

Neben Mond und Mars gilt Vesta daher als drittes extraterrestrisches Objekt, von dem man auf der Erde Gesteinsproben hat. Die Kollision hat auf Vesta dramatische Spuren hinterlassen. Neben dem Rhea-Silvia-Krater entdeckte Dawn rillenförmige Schluchten, die durch die Schockwellen des Zusammenpralls geformt wurden.

Leere Seiten nun gefüllt
"Wir suchten Vesta auf um die leeren Seiten unseres Wissens über die Frühgeschichte unseres Sonnensystems zu füllen", zeigt sich Christopher Russel, Chef-Wissenschaftler der Mission, begeistert. " Dawn hat diese Seiten gefüllt und mehr. Sie hat uns gezeigt, wie außergewöhnlich Vesta ist, als Überlebender der frühesten Tage des Sonnensystems. Wir können jetzt mit Sicherheit sagen, dass Vesta mehr einem kleinen Planeten ähnelt als einem typischen Asteroiden."

Ceres

Noch mehr Ähnlichkeit mit einem "echten" Planeten soll Ceres, das Endziel der Dawn-Mission, aufweisen. Der 1801 am Nachthimmel entdeckte Körper trägt den offiziellen Namen "(1) Ceres", weil er der erste entdeckte Asteroid war. Aufgrund seiner Größe und der Entdeckung wesentlich kleinerer Asteroiden wurde Ceres ein halbes Jahrhundert später zum Zwergplanet ernannt. In seiner Ellipsoidform weist jener zwischen 909 und 975 Kilometer Durchmesser auf und ist damit fast doppelt so groß wie Vesta.

Im Gegensatz zu Vesta soll Ceres große Wasservorkommen aufweisen. Astronomen gehen davon aus, weil Spektralmessungen auf das Vorhandensein von Mineralien schließen lassen, die oft in Verbindung mit Wasser auftauchen. Das Wasser soll in Form von Eis unter der Oberfläche eingeschlossen sein und bis zu 25 Prozent der Masse von Ceres ausmachen. Falls sich das als richtig herausstellen sollte, könnte Ceres mehr Süßwasser als die Erde enthalten. Im besten Fall könnte Ceres sogar frostbedeckte Polarkappen oder gar eine dünne Atmosphäre aufweisen.

Die Umlaufbahn von Ceres befindet sich 264 Millionen Kilometer außerhalb jener der Erde, während Vesta 204 Millionen Kilometer von der Erde entfernt seine Kreise zieht. Um die Distanz zwischen den beiden Missionszielen zurückzulegen, benötigt Dawn rund weitere zweieinhalb Jahre. Aus dem derzeitigen Orbit um Vesta muss die Sonde erst einmal wieder richtig Schwung aufnehmen. Die Antriebsart erlaubt es nicht anders.

Ionen-Antrieb

Dawn wird durch ein Ionen-Triebwerk angetrieben. Im Gegensatz zu chemischen Antrieben, wie etwa Flüssigkeitsraketen, zeichnet sich dieser dadurch aus, dass er wenig Schub erzeugt, dafür aber konstant über lange Zeiträume hinweg. Dadurch erhält man langsame, aber stetige Beschleunigung, was für weite All-Reisen gelegen kommt.

Beim Ionen-Antrieb werden Xenon-Atome durch ein elektrisches Feld ionisiert und ausgestoßen. Die zur Erzeugung des elektrischen Feldes notwendige Energie wird über Solar-Paneele gewonnen. Auf dem Weg zu Ceres werden sich Antriebs-Phasen mit Gleit-Phasen abwechseln. Die Flugbahn soll in einer enger werdenden Spirale enden, um Dawn schlussendlich im Orbit um den Zwergplaneten zu parken. Im Februar 2015 soll es soweit sein. Im Juli 2015 ist das Missionsziel laut Zeitplan erreicht. Alles darüber hinaus ist Fleißaufgabe.

Verlängerung möglich
Dass alle Dawn-Systeme bis dahin funktionieren, ist relativ wahrscheinlich. Der Mars-Rover Opportunity macht es derzeit vor. 2004 am Mars abgesetzt sollte das Gefährt gerade einmal 90 Tage durchhalten. Opportunity fährt aber immer noch munter am Mars herum. Dawn könnte ebenfalls länger als geplant Daten aus dem Asteroidengürtel liefern. Sandstürme werden der Sonde wohl keine Schwierigkeiten bereiten.

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