Raumsonde Galileo

 

 

 

 

Jupiter Mission der NASA & Galileo Europa Mission

Raumsonde Galileo – Jupiter Mission

 

Die Raumsonde Galileo wurde am 18. Oktober 1989 von der NASA gestartet, um den Jupiter und seine Monde zu untersuchen. Ihren Namen hat die Sonde von dem italienischen Erfinder und Naturwissenschaftler Galileo Galilei, der die Galileischen Jupitermonde als erster beschrieb.

 

Jupiter Mission der Raumsonde Galileo

 

Vor dieser Mission war der Planet Jupiter noch nie längere Zeit kontinuierlich von einer Raumsonde beobachtet worden. Zwar waren zuvor schon vier Raumsonden an ihm vorbeigeflogen (Pioneer 10 und 11 und Voyager 1 und 2), diese konnten aber während ihres Vorbeiflugs jeweils nur kurze Momentaufnahmen liefern. Das sollte sich mit der Raumsonde Galileo ändern. Es sollte dauerhaft ein Orbiter um Jupiter kreisen, um sowohl den Planeten selbst als auch dessen Monde zu beobachten.

Vor dem Eintreffen sollte eine Tochtersonde abgekoppelt werden, die in Jupiters Atmosphäre eindringen und verschiedene Daten über Temperatur, Druck,Windgeschwindigkeit und chemische Zusammensetzung liefern sollte. Dabei sollte die Muttersonde als Relaisstation die Informationen zur Erde funken.

 

Start der Raumsonde Galileo

 

Nach ersten Planungen aus dem Jahre 1977 sollte Galileo bereits im Januar 1981 starten. Diverse Verzögerungen beim ursprünglichen Startvehikel Space Shuttle, durch Finanzierungsunsicherheiten und schließlich die Challenger-Katastrophe führten zu mehreren Jahren Verzögerung und Änderungen der Sonde und der Flugbahn.

Ursprünglich sollte im Mai 1986 Galileo mit der abgesagten Mission STS-61-G ins All gebracht werden. Am 18. Oktober 1989 war es aber schließlich soweit. Die Raumfähre Atlantis brachte Galileo mit der Mission STS-34 in eine Erdumlaufbahn, wo sie ausgesetzt wurde.

 

Raumsonde Galileo

Um den Erdorbit zu verlassen, war die Feststoffoberstufe IUS an Galileo montiert, welche auch bei anderen Space Shuttle-Missionen als Antriebsstufe für schwere Satelliten und Raumsonden diente.

Galileo führte, bevor sie ihre Reise zum Jupiter antrat, drei Swing-by-Manöver durch, um durch die Anziehungskräfte der Planeten Venus und Erde Schwung zu holen.

Im Februar 1990 flog Galileo in 16.000 km Entfernung an der Venus vorbei, Anfang Dezember desselben Jahres passierte sie die Erde das erste Mal und zwei Jahre später nochmals.

Währenddessen konnte sie spektakuläre Bilder sowohl von der Venus als auch von der Erde zur Bodenstation senden.

Auf dem Weg zum Jupiter passierte Galileo die Asteroiden Gaspra 1991 in nur 1.600 km Entfernung sowie Ida im Jahr 1993, wobei detaillierte Aufnahmen der Himmelskörper entstanden.

Bei Letzterem wurde erstmals ein Asteroidenmond entdeckt. Der 1–2 km große Brocken wurde Dactyl genannt.

 

Shoemaker-Levy-9-Einschlag

 

Ein Jahr später konnte die Raumsonde Galileo ein dramatisches Ereignis beobachten. Der Komet Shoemaker-Levy 9 stürzte in den noch 238 Millionen km entfernten Jupiter. Trotz der Distanz konnte Galileo einzigartige Bilder von den direkten Einschlägen einfangen, die auf der erdabgewandten Seite stattfanden.

Auf der Erde selbst konnte man nur die Auswirkungen beobachten, nachdem sich der Planet weitergedreht hatte. Wäre Galileo nicht infolge der Challenger-Katastrophe erst mit dreijähriger Verspätung zum Jupiter geschickt worden, hätte die Sonde den Kometeneinschlag aus nächster Nähe im Jupiterorbit verfolgen können.

 

Probleme mit Datenübertragung

 

Als Mitte April 1991 die Bodenstation den Befehl zum Entfalten der 4,80 m großen Parabolantenne funkte, ließ sich diese nur teilweise öffnen. Damit war die Möglichkeit der Datenübertragung mit mehr als 130 kbit/s nicht mehr gegeben.

Man versuchte die Entfaltung mehrere tausend Mal, aber vergebens. Die Sonde wurde daraufhin so umprogrammiert, dass die empfangenen Daten sowohl auf dem Zentralrechner als auch auf einem Bandlaufwerk zwischengespeichert und danach portionsweise von der viel schwächeren Rundantenne zur Erde gefunkt wurden.

Da diese jedoch nur eine sehr geringe Übertragungsrate ermöglichte, wurde der Sonde neue Software, u. a. Algorithmen zur Datenkompression, übermittelt.

Dadurch konnte trotz des Ausfalls der Parabolantenne noch eine erhebliche Menge an wissenschaftlichen Daten übermittelt werden. Auch gab es weitere Probleme: Der Umspulmechanismus der Magnetbänder blieb öfter stecken, doch konnte das Band immer wieder zum Laufen gebracht werden.

 

Beginn der Jupiter-Erforschung

 

In 82 Millionen km Entfernung zum Jupiter trennte sich im Juli 1995 die Tochtersonde vom Mutterschiff. Am 7. Dezember 1995 war ihre Reise zu Ende. Mit einer Geschwindigkeit von 170.000 km/h tauchte die Tochtersonde in einem Winkel von ca. 9° in die Atmosphäre des Jupiters ein.

Innerhalb von nur zwei Minuten wurde die Geschwindigkeit auf 3.000 km/h abgebremst, wobei die Beschleunigung der Sonde bis zu 230 g betrug. Das Material des Hitzeschildes wurde fast vollständig abgetragen, wobei in der Stoßwelle Temperaturen von bis zu 16.000 °C auftraten. In rund 40 km Höhe bei 0,35 bar Druck öffnete sich der Fallschirm.

Jupiter ist ein Gasplanet. Dichte und Druck der Atmosphäre steigen mit zunehmender Tiefe an. Sobald der Druck den sog. kritischen Punkt der Atmosphärengase erreicht, ist eine Unterscheidung von Gas und Flüssigkeit physikalisch nicht mehr möglich.

Damit existiert also keine klar bestimmbare untere Grenze der Jupiteratmosphäre.

In Analogie zur Erde definiert man stattdessen das Nullniveau als diejenige Stelle, an der ein Druck von einem bar erreicht wird. Am Äquator liegt dieses Niveau rund 72.000 km vom Planetenmittelpunkt entfernt.

Der Hitzeschild wurde abgeworfen und die Messungen begannen. In einer Tiefe von 50 km unter dem Nullniveau konnten Windgeschwindigkeiten von über 500 km/h gemessen werden.

Diese Winde traten aber nicht nur horizontal auf, sondern es gab auch stärkste Fallwinde und Turbulenzen in der Senkrechten. Und das, obwohl die Sonde in einem „Schönwettergebiet“, in dem der Nephelometer (Nebelmesser) klares Wetter registrierte, niederging.

Der Funkkontakt brach ca. eine Stunde nach Eintritt in einer Tiefe von 160 km ab. In den letzten Sekunden registrierte die Sonde einen Druck von 22 bar und eine Temperatur von 152 °C.

Raumsonde Galileo - Die Tochtersonde von Galileo während der Startvorbereitungen

Währenddessen lenkte sich die Muttersonde nach einer 50-minütigen Haupttriebwerkszündung in einen elliptischen Jupiterorbit. Der jupiternächste Punkt (Perijovum) betrug 185.000 km und der entfernteste (Apojovum) 19,3 Millionen Kilometer.

Das Apojovum wurde im März 1996 durchflogen, und mit einer 24-minütigen erneuten Triebwerkszündung wurde das Perijovum auf 786.000 km angehoben, denn man wollte vermeiden, dass die Sonde durch von Vulkanen auf Io ausgestoßene Partikel gefährdet würde.

Die weiteren Umläufe wurden in jeweils verschiedenen Bahnen durchgeführt, um die Jupitermonde besser beobachten zu können.

 

Erkundung der Monde; Verglühen 2003 im Jupiter

 

Nach dem Ausfall der Hauptantenne musste die ursprünglich geplante permanente Beobachtung des Jupiterwetters aufgegeben werden. Diese wurde vom Hubble-Weltraumteleskop übernommen und nur als besonders interessant erachtete Wolkenformationen auch von Galileo beobachtet.

Hauptaufgabe der Sonde war stattdessen die Beobachtung der vier galileischen Monde. Es wurden Hinweise auf einen Wasserozean unter der Eiskruste von Europa geliefert sowie auf Zonen flüssigen Wassers in den Mänteln von Ganymed und Kallisto und die Vulkane auf Io beobachtet. Sowohl Io, der von den Gezeitenkräften Jupiters ständig durchgeknetet wird, als auch der größte Mond unseres Sonnensystems, Ganymed, besitzen einen Eisenkern, Ganymed überraschenderweise ein starkes Magnetfeld.

Der Missionsteil bei Jupiter war ursprünglich nur für 23 Monate bis Dezember 1997 geplant, wurde aber dann insgesamt dreimal verlängert, da Geräte und Antrieb noch funktionsfähig waren und gute Ergebnisse erwarten ließen.

Schwerpunkt der beiden ersten Missionsverlängerungen war dabei der Mond Europa, während man im letzten Missionsteil zwei Vorbeiflüge an Io im Inneren, von gefährlicher Strahlung beherrschten Jupitersystem wagte.

Als Cassini-Huygens Ende 2000 auf dem Weg zum Saturn den Jupiter für eine Swing-by-Beschleunigung nutzte, gelangen interessante Parallelmessungen.

Am 21. September 2003 wurde die Raumsonde Galileo in die Jupiter-Atmosphäre gelenkt und verglühte dort, da die Sonde wegen Treibstoffmangels und Ausfällen der Elektronik, bedingt durch die von Jupiter während der letzten Jahre erhaltene hohe Strahlungsdosis, später nicht mehr lenkbar gewesen wäre.

Es bestand die Gefahr, dass die Raumsonde Galileo auf den Mond Europa stürzen und ihn mit terrestrischen Bakterien verunreinigen könnte. Dies hätte künftige Missionen zur Erforschung von Lebensspuren auf den Jupitermonden erschwert.

 

Technische Daten der Raumsonde Galileo

 

  • Orbiter mit Startgewicht von 2.233 kg und einer Länge von 5,3 m
  • Insgesamt 18 wissenschaftliche Instrumente (15 aus den USA, drei aus Deutschland) zur Untersuchung von UV-Strahlung, Magnetfeldern und elektrisch geladenen Teilchen
  • Kamerasystem mit 20- bis 1000-fach höherer Auflösung als bei den Vorgängermissionen Voyager 1 und 2

 

Ergebnisse

 

  • Erste direkte Messung der Jupiteratmosphäre
  • Nachweis von flüssigem Salzwasser unter der Oberfläche der drei Jupitermonde Europa, Ganymed und Kallisto
  • Nachweis starker vulkanischer Aktivitäten auf Io, die 100 Mal stärker sind als auf der Erde
  • Erster Vorbeiflug an einem Asteroiden ((951) Gaspra am 29. Oktober 1991)
  • Messung eines Magnetfelds auf Ganymed

Anmerkungen

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