Zusammenfassung IPR WS2011/12. 1 Einführung. 2 Sonne. Seite 1 von 5

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1 1 Einführung Meiste Missionen zum Mars 50 bemannte Raumflüge, 6 Mondlandungen Sonne umkreist Milchstraßenzentrum mit 240 km/s Sonnensystem 4,56 Mia Jahre alt, entstand aus Staub/Gaswolke, Verdichtung durch Supernova Bildung einer Sonne durch Kernfusionsprozesse Kondensation von Metallen Bildung Planetesimale sonnennahe Planetesimale verloren durch Sonnenwinde leichte Bestandteile vier terrestrische Planeten Kondensation der leichten Bestandteile in äußeren Bereichen des Sonnensystems Großplaneten (früher Gasplaneten wegen äußerer Hülle) Zwischen Mars und Jupiter Bildung eines Asteroidengürtels Reste Planetesimale: Bildung Kuiper-Gürtel Kometen aus gefrorenem Gas wurden aus Sonnensystem herausgeschleudert Oortsche Wolke Sonne hat 99,865% der Masse im Sonnensystem Astronomische Einheit = Mittlerer Abstand Sonne Erde = 150 Mio. km Mein Vater Erklärt Mir Jeden Sonntag Unseren Nachthimmel Mein Vater Erklärt Mir An Jedem Sonntag Unsere Natürliche Kosmische Ordnung SONNE: Durchmesser: 1,4 Mio km, 5700K MERKUR: VENUS: T=570 C, p=90bar, 97%C02 ERDE+MOND km, 1/6g, Mond ist Kollisionsprodukt MARS: 6800km, 95%CO2, 3-9bar, Polkappen aus Eis, 2 eingefangene Monde, Olympus Mons 27km Höhe, Monde Phobos und Deimos ASTEROIDENGÜRTEL, Trennung innere / äußere Planeten JUPITER: größter Planet, 4 größte Monde (Io, Europa, Ganymed, Calisto), roter Fleck = Sturmgebiet größer als die Erde SATURN: Ringplanet, Mond Titan (mit Atmosphäre) URANUS: Rotationsachse um 98 gekippt NEPTUN: bläuliche Atmosphäre (PLUTO: Zwerg planet ) KUIPER-GÜRTEL: liegt hinter Neptun Trans-Neptun-Objekte TNOs OORTSCHE WOLKE: Herkunftsort der Kometen, Kugelschale um Sonne, Abstand AE 2 Sonne d = 1,4 Mio. km T=5700K, 74% Wasserstoff, 25% Helium Fusionsprozesse, Energiefreisetzung, Massedefekt = 4,3t/s Sonnenspektrum: Fraunhofer sche Linien Photosphäre: 30km dicke Schicht der Sonne die Licht absondert ( Oberfläche ) Sonnenflecke: magetische Störungen, 2000K kälter Chronosphäre: Gasschicht, bis K, nur mit Instrumenten sichtbar Korona Sonnenwinde: geladene Teilchen Coronal Mass Ejections: Gasausbrüche, verstärken Sonnenwinde Historische Missionen: SOLRAD, OSO, Skylab, Helios 1+2 Thermischer Schutz: passiv (Beschichtungen, Isolationen MLI, Wärmesenken), aktiv (Blenden, Radioatoren, Kühler, Heat pipes) Sonde Ulysses: erster Flugkörper außerhalb der Ekliptik Radioisotopenbatterie: Nutzung von Zerfallswärme von Pu238 und U234 Stromerzeugung Thermoelement Seite 1 von 5

2 3 Merkur und Venus MERKUR: 0,39AE, schwer zu beobachten, extreme klimatische Herausforderungen, möglichst geringe Absorption Resonanz in Rotation 1 Merkurtag = 2 Merkurjahre sehr hohe Dichte Eisenkern, schwaches Magnetfeld, Hinweise auf Eis an den Polen Historische Mission: Mariner 10 (Kameras, Magnetometer, Teilchen/UV/IR-Spektrometer) In Planung: BepiColombo (EU) (Geologie, Magnetfeld, Exosphäre) 3 gestapelte Module: 2x Raumsonde, 1x Antrieb Ionentriebwerk für Merkurtransfer (spez. Impuls: Schubkraft / Treibstoffgewichtsdurchsatz) VENUS: 0,71AE, retrograd Oberfläche Hügelig, 3 Vulkanregionen Atmosphäre: 90bar, 96% CO2, T=470 C, hohe Windgeschwindigkeiten, Wolken aus Schwefelsäure, reflektieren 80% des Sonnenlichts Erste Landung: 1970 Venera 7 (CCCP), (1-3 Verluste, 4 Vorbeiflug+Eintrittskapsel, 5+6 Versagen Eintrittskapsel) (8-10: Untersuchung Wolken, Boden, Druck, Bilder) (13,14 Boden Dichte, Bohrer) Magellan, 1989 Aufnahmen Oberfläche, Messungen Gravitationsfeld 4 Mond 1 Wernher von Braun 1952: Superbooster (übernommen von CCCP: N1 Herkules) Kegelrakete 8 Heiße Trennung / Kalte Trennung Strukturmassenverhältnis = Brennschluss- / Startmasse (Saturn V 0,06) Treibstoff: Forderung nach Elementen niedriger Molmasse Ziel der Russen: 1974 bemannt zum Mars, nicht vor 1970 bemannt zum Mond Aber: 1957 Kurswechsel, Ziel Mann-Expedition Mond NASA 1962: Lunar Orbit Rendezvous-Methode Apollo Start mit Saturn V (Startmasse 3000t, Startschub 3500t, Nutzlast 140t) Apollo 13, Explosion Sauerstofftank Okay Houston, we ve had a problem here. Nachfrage CapCom, Wiederholung: Houston, we ve had a problem Antriebsproblem CCCP: Flüssigtreibstoff in 1.Stufe, Verlust von 40% Nutzlast im Vergleich zu Saturn V CCCP: Konstruktion einer N1 Herkules als Mondlanderakete, aber Chefkonstrukteur Koroljow stirbt CCCP: Planung eines Mondrovers Lunochod 1970: Lunochod 1, 1973: Lunochod 2 5 Mars 1 1,52AE, d = fast Erdradius, 6-10bar, 95%CO2, ca. 1/3g, 2 Monde Deimos, Phobos (Furcht und Schrecken) Mars-Oppostitonen: kürzester Abstand Erde-Mars alle 780 Tage Valles Marineris: größter Canyon des Sonnensystems (4000km lang, 4km tief) Olympus Mons: größter Vulkan des Sonnensystems, 1000km Basisdurchmesser, 27km Höhe) Niedrig-Energie-Transfer zum Mars: Elliptische Flugbahn (230 Tage), Aufenthalt 520 Tage, Elliptischer Rückflug 190 Tage 940 Tage Erste Sonden: CCCP: Mars 1960A+B, Sputnik Erste Lander: CCCP Mars , Misserfolge Vorbeiflüge NASA: Mariner 4,6,7 1964, 1969 Seite 2 von 5

3 Erster Orbiter: Mariner 9, 1971, Kartographierung 80% Oberfläche 1973: Marsangriff CCCP: Mars 4,5,6,7 (alle bis auf wenige Fotos Totalverluste) 1975: NASA: Viking 1+2 (Orbiter + Lander) erste erfolgreiche weiche Landung Letzter russischer Versuch: PHOBOS Versagen 1996: PATHFINDER: Sonde + Rover 6 Mars 2 Mars Global Surveyor ( ): Oberfläche, Magnetfeld, Suche für Landeplatz, Einbremsen in Marsumlaufbahn Mars Surveyor Orbiter (1998): Einschlag wegen Einheitenfehler Mars Odyssey 2001: Strahlungsmessung, Suche nach H2-Verbindungen H2O an Polen Phoenix Mars Lander 2007: Suche nach Leben, Untersuchung Klima, Geologie Mars Express 2003: High Resolution Stereo Camera (3D-Umrechnung möglich), OMEGA (Spektrometer zu mineralogischer Untersuchung) Nachweis von Wasser Mars Rover Spirit/Opportunity 2003/04 (Geologie, Oberfläche, Wasser) Rock Abrasion Tool : Freilegung frischen Gesteins für Spektrometer) Mars Reconnaisance Orbiter 2005: Kartographierung (20cm/pixel), Suche nach Wasser Geplante Missionen: Fobos Grunt (RUS): Sample Return von Phobos, Curiosity (USA): Rover, MAVEN (USA): Orbiter, Mars Sample Return (USA, EU): Lander mit Rückkehrstufe Menschen zum Mars, möglich, aber teuer. Hohmann-Transfer, geringster Energieverbrauch, aber Start nur alle 2 Jahre möglich (auch Rückflug!) 7 Asteroiden und Kometen Planetenentstehung: Kollaps Gas-Staub-Wolke, Bildung Protostern und Planetesimale, Aufsaugen Restmaterial Asteroiden und Kometen sind Überreste des Baumaterials Kuiper-Gürtel (Mars Jupiter) und Oortsche Wolke (TNOs) Kometenkerne: Silikate und gefrorene flüchtige Materialien (Schweif: Auswurf von Gas/Staub) Kirkwood-Lücken: leere Zonen und Umlaufbahnverteilung, deren Umlaufzeiten im ganzzahligen Verhältnis zu der des Jupiters stehen Verstärkung der Gravitationsstörung, Änderung der Umlaufbahn Hayabusa: Erkundung des erdnahen Asteroiden Itokawa Erkungung über Teleskope, Problem groß+dunkel oder klein/hell Durchmesser >100/200/1000m, Krater 2/4/20km, regionale/nationale/globale Zerstörung Rubble Pile (englisch für Schutthaufen) ist in der Planetologie eine informelle Bezeichnung für einen Asteroiden, der aus zahlreichen kleineren Brocken besteht und nur durch die Gravitation lose zusammengehalten wird. YORP-Effekt: Entstehung eines Drehmoment durch unterschiedliche Sonnenreflektion durch Fliehkräfte Aufweitung des Asteroids (Rubble Piles) am Äquator Ab bestimmter Rotationsgeschwindigkeit: Ablösung von Material und Bildung eines neuen Rubble Piles binäres System Doppelkrater auf Erde und anderen Planeten Seite 3 von 5

4 8 Jupiter 5,2AE, d = km, T=-160 C, Atmosphäre 75% H2, 65 Monde Größter Planet, fester Kern, Hauptmasseanteil flüssiges metallisches H2 starkes magnetfeld Äußere Schichten: H2, He Jupiter strahlt mehr Wärme ab als von Sonne eingestrahlt wird gravitationelle Kompression des Planeten erzeugt Konvektion wahrs. Erklärung für komplizierte Strömungen Magnetfeld 20mal stärker als das der Erde Roter Fleck: Sturmsystem 4 Gruppen von Monden; in 2. Gruppe: Galileische Monde, Hauptmonde z.b. Io (vulkanisch hochaktiv), Europa (Oberfläche: Eisschollen, darunter evtl. Ozean, Nachweis Salzwasser), Ganymed (Metall, Eis, Metall, Magnetfeld), Callisto (Metall, harte Eisoberfläche, sehr flache Krater) Missionen: Pioneer (1974,75), Voyager 1+2 (1979), Ulysses, Galileo, Cassini Voyager 1: Funksignal braucht aktuell 32h hin- und zurück Gravity-Assist / Swing-By / Fly-By = Nutzung der Bahnenergie des Planeten zur Änderung der Flugbahn der Raumsonde, Beschleunigung/Abbremsung bzgl. Heliozentrischem System möglich Sonde Galileo 1989: Swing-Bys und Flug zum Jupiter (Staubdetektor, Magnetometer, Kamera, IR- Spetrometer, Eintauchsonde: T, p, Dichte, Gase, Partikel, Elektronen, H2/O2), Ankunft 1995 New Horizons 2007 Geplant: Laplace: Orbiter um Europa und Ganymed 9 Zukünftige Mondmissionen NASA: Rückkehr zum Mond bis 2020, evtl. Basis für Weiterflüge Bisher: 81 Missionen, 9 davon bemannt Hauptuntersuchungen: kosmische Strahlung, sichtbares Spektrum, Oberflächenanalyse eigentlich nicht viel bekannt Forschungsziel: Wasser! (Treibstoffprodutkion?) Lunar Reconnaissance Orbiter 2008: Strahlung, Topographie, Temperatur, Wasservorkommen, Landestellen Google Lunar X-Prize: Ausschreibung für kommerzielle Missionen Lunare Entwicklungsphasen: Erkundung (permantente Sonden, automatische Ressourcennutzung, bemannte Expeditionen, Infrastruktur in Orbit und auf Mond) und Stationen (Temporärer / Permanenter Außenposten, Mondsiedlung) Bedarf an neuem Transportsystem bla bla bla 10 Saturn bis Pluto SATURN: 9,54AE, d = km, T=-180 C, Atmosphäre 75%H2 25%He, >30 Monde Merkmal: ausgeprägtes Ringsystem und zahlreiche Monde Ringe: Innendurchmesser: km, Außendurchmesser km, ABER Dicke = 500m Gravitationsgradient zwischen Innen- und Außendurchmesser führt zu Zerreißen von Kleinkörpern und Ringbildung Größter Mond: Titan (2.größter Mond im Sonnensystem, Größer als Merkur/Pluto), 1,5bar, -180 C Titan ähnelt der Erde vor Miliarden Jahren, Druck 1,5bar, Atmosphäre N2, Produktion organischer Stoffe möglich Mission notwendig Voyager 1 bisher einzige Sonde die so weit geflogen ist. Passage Termination Shock 2004 Seite 4 von 5

5 Der Termination Shock bezeichnet die erste der äußeren Grenzen des Sonnensystems. Die Grenze befindet sich dort, wo die Partikel des Sonnenwindes durch die Wechselwirkung mit dem interstellaren Gas abrupt abgebremst und aufgeheizt werden. (wiki) Cassini-Huygens : Untersuchung der Monde, Huygens: Atmosphäre von Titan Cassini: optische-/mikrowellen-/felder,wellen,teilchen-/interdisziplinäre Experimente Erste Bilder von Ringen, Encke-/Cassini-Teilung Wassereis im A-Ring Titan: Methanwolken und Wetter URANUS 19,2AE, T = -216 C, Atmosphäre 83%H2 15%He, 21 Monde Entdeckt 1781 von Herschel Fast keine Details sichtbar, blaue Färbung, da Methan in Atmosphäre rotes Licht absorbiert Wichtigstes Merkal: Neigung der Rotationsachse von über 90 Kern (Gestein, Eis), Mantel (Wasser, Methaneis), Atmosphäre (H2, He, Methan), Wolkenschicht Voyager : Ringsystem mit Monden NEPTUN: 30AE, d = km, -218 C, Atmosphäre H2, H3, CH4, 13 Monde 1989 Voyager 2 Meerblaue Farbe (Methan absorbiert rotes Licht), Merkmal: großer roter Fleck Größter Mond Triton; gebundene retrograde Rotation, nähert sich in Spiralbahn, wird zerissen werden, kältestes Objekt im Sonnensystem mit -235 C PLUTO: 40AE, d = 2345km, -223 C Plutoid (Unterklasse Zwergplaneten), Objekt des Kuipergürtels, kleiner als Erdmond Bewegt sich auf elliptischer Bahn Vier-Körper-System: Pluto Nix Hydra Charon Besonderheit: Pluto und Charon umkreisen sich gegenseitig, Rotationszentrum des Systems liegt außerhalb von Pluto Einziger Planet der noch nicht von Sonde besucht wurde Ankunft Sonde New Horizons 2015, danach Weiterflug in den Kuiper-Gürtel Ziele: Geologie, Kartopraphierung, Atmosphäre Sondenkommunikation über das Deep Space Network (USA, AUS, ESP) Telemtriedaten, Kommandos, Messen Position/Geschwindigkeit, Sammlung Daten 2010: Voyager 1 durchfliegt Heliosphäre (mit Ende Heliopause) keine Sonnenwinde mehr, Einfluss Sonne schwindet, Radius Heliosphäre AE Die Heliosphäre ist der weiträumige, interplanetare Bereich um die Sonne, in dem der Sonnenwind mit seinen mitgeführten Magnetfeldern wirksam ist. In diesem Bereich des Sonnensystems verdrängt der Teilchenstrom der Sonne die interstellare Materie. Der Radius der Heliosphäre wird auf etwa 110 bis 150 Astronomische Einheiten (AE) geschätzt. Die theoretische Grenze der letzten materiellen Einwirkung des Sonnenwindes auf das interstellare Gas wird Heliopause genannt, da dort alle direkte solare Einwirkung endet. Hier vermischen sich die Partikel des Sonnenwindes mit dem interstellaren Gas und haben keine erkennbare herausstechende Strömungsrichtung im Vergleich mit dem die Heliosphäre umgebenden Gas. (wiki) Seite 5 von 5