VEX Mission Venus Express

Transkript

1 VEX Mission Venus Express

2 Launch: Ankunft: Startrakete Sojus Fregat (Russland) Erstmals 1963 abgeschossen Bisher über 1600 Flüge Erfolgsquote 97.5 %

3 Decoupling Sojus Fregat

4 Körper der Raumsonde fast kubisch (3. 78 m³) Masse 1270 kg, davon 570 kg Treibstoff Haupttriebwerk mit 400 N Schubkraft 2 high gain 2 low- gain Antennen 2 Solarzellen (5.7 m²) Übertragungsrate zur Erde zwischen mindestens 500 MB und 5 GB pro Tag (entfernungsabhängig) Technische Daten

5 Nahezu polare elliptische Umlaufbahn zu 24 Stunden Alle Schichten der Atmosphäre können untersucht werden Sowohl hochaufgelöste, wie globale Ansichten Kommunikation mit der Bodenstation täglich fast zur gleichen Zeit Das Signal legt 224 Millionen km in ~ 800 Sekunden zurück Der Orbit

6 Limb Sounding

7 One Day on Venus Express Die meisten Daten werden in 1.5 h bei Passage des Perizentrums gesammelt Aus größerer Entfernung: globales remote sensing und lokale Beobachtungen Täglich 8 Stunden Datenübertragung zur Erde

8 Instrumentation

9 ASPERA Analyser of Space Plasma and Energetic Atoms MAG Magnetometer -Elektronenspektrometer -Ionenmassenanalysator -neutraler Partikeldetektor Wechselwirkung von Atmosphäre und Sonnenwind globale Verteilung von Plasma und neutralem Gas Bestimmt Masse und Fluss des Materials, das die Venus verliert Einfluss der Venus auf das interplanetare Magnetfeld Grenzen zwischen verschiedenen Plasmazonen identifizieren Magnetfelddaten unterstützen die Interpretation

10 PFS Planetary Fourier Spectrometer Suche nach unbekannten Atmosphärenbestandteilen Globale Langzeitmessung der 3- dim. Temperaturverteilung Untersuchung der globalen Zirkulation, Dynamik und Wellenphänomene SPIVAC Ultraviolet and Infrared Atmospheric Spectrometer Suche nach Spurengasen Präzise Profile der Verteilung von CO und H 3D Karte der Dichte, Temperatur und Turbulenz der Atmosphäre UV: Vertikale Atmosphärenprofile SO und SO 2 über den Wolken Albedo im UV IR: Wasserkonzentration über den Wolken

11 VeRa Venus Radio Science Experiment Dichte, Druck und Temperatur als Funktion der Höhe VIRTIS Spectrometer (UV visible near IR) Zusammensetzung der unteren Atmosphäre ( 0 bis 40 km) Dielektrische, chemische und Streueigenschaften der Oberfläche Gravitationsanomalien Beschaffenheit des Sonnenwindes im innersten teil des Sonnensystems Wolkenstruktur Verfolgung der Wolkenbewegung Suche nach Blitzen auf der Nachtseite

12 VMC Venus Monitoring Camera Weitwinkel multichannel Kamera (IR, UV, visuell) Globale Aufnahmen der Wolkenbewegung Monitoring des O 2 Nachtleuchtens Studium des unbekannten Absorbers Suche nach vulkanischer Aktivität

13 Science Case Bisher noch unbeantwortete Fragen: Wie funktioniert die komplexe globale Dynamik? Superrotation und Winde Polare Doppelwirbel Treibhauseffekt und klimatische Entwicklung Kreisläufe von H, CO 2 oder H 2 SO 4? Was verursachte die globale Oberflächenerneurung vor 700 Mio Jahren? Radarhelligkeit mancher Teile der Oberfläche Gegenwärtige vulkanische oder seismische Aktivität?

14 Die Atmosphäre Atmosphärenschichten Vertikale Temperaturprofile von Erde und Venus

15 Nahe des Äquators kleinräumige Unterteilung ( gesprenkelt ) Aerosole absorbieren UV Licht -> Strukturen werden sichtbar Wolkenstruktur auf der Südhalbkugel Vertikale Strömungen Konvektionsströmung über den Wolken Richtung Pol wird immer weniger Sonnenlicht absorbiert Wolken erscheinen wie atmosphärische Polkappe Detailaufnahmen von Strukturen in der Wolkenhülle Cold Collar

16 Atmosphärenbeobachtung mit VIRTIS Reflektiertes und emittiertes Spektrum Rot: tiefer gelegene Wolken auf der Nachtseite (~ 45 km) Blau: Wolkenobergrenze Tagseite (~60 km)

17 Die Beobachtungen von VIRTIS beruhen stark auf der jeweiligen Wellenlänge.. Die Opazität der Atmosphäre variiert mit der Wellenlänge die Tiefe, aus der Strahlung emittiert wird variiert mit der Opazität 3 Wolkenschichten können ganz klar unterschieden werden Die spektrale Verteilung gibt uns Informationen über Temperatur und Gaskomponente Vertikale Partikelverteilung Verschiedene Modi können in einer Schicht koexistieren Mode 1: die kleinsten Partikel mit r < 0.1μm Mode 2: Partikel mit r ~ 1 μm Mode 3: Partikel mit r ~ 3 5 μm

18 Vergleich von Nord- und Südhemisphäre In schwarz die südlichen Temperaturprofile, in rot die nördlichen. Gute Deckung bezüglich des Breitengrades. Die Beobachtungen sind sich sehr ähnlich. Daher kann eine Symmetrie zwischen den beiden Hemisphären angenommen werden. Temperaturfeld der nördlichen und südlichen Hemisphäre. Das Ergebnis steht in guter Übereinstimmung mit früheren Messungen. Der kalte Ring ist deutlich zu erkennen... ebenso wie ein Temperaturanstieg Richtung Pol ab 70 km Höhe Intervall 10 K

19 Windgeschwindigkeit 3 Möglichkeiten zur Bestimmung: 1. Direkte Messungen durch Verfolgen der Wolkenbewegung 2. Messungen über die Dopplerverschiebung 3. Indirekte Bestimmung durch Berechnen 1. VIRTIS verfolgt die Wolkenbewegung im UV bei 70 km Höhe auf der Tagseite und im IR bei 50 km auf der Nachtseite 2. Direkte Beobachtung der Winde in der Mesosphäre und niederen Thermosphäre über die Moleküllinien von CO und CO 2 (Auch durch bodengebundene Beobachtung möglich) 3. Wenn keine direkten Messungen möglich sind, wird ein zyklostrophisches Gleichgewicht angenommen. Das heißt die Kraftkomponenten Richtung Pol (Druckgradient) und Richtung Äquator (Zentrifugalkraft) gleichen sich aus.

20 Windrichtungen chaotische Konvektivbewegung nahe des Äquators (Sonneneinstrahlung) Relativ konstante laminare Strömung bei mittleren Breitengraden (55 ) 2 superrotierende Zonen in den Wolken Bei niedrigen Breitengraden Windgeschwindigkeiten von m/s Gradueller Anstieg bis zu 100 m /s (45 Süd) Geht Richtung Null entgegen der Pole

21 Innerhalb weniger Stunden können sich die Strukturen gravierend verändern. Aufnahmen des südpolaren Wirbels im 4 Stunden Takt. Der gelbe Punkt kennzeichnet den Südpol. Der Wirbel befindet sich 60 km über der Oberfläche. λ = 5 μm

22 Die Südhalbkugel Komposite mehrerer UV Aufnahmen Wolken und Opazität hoch variabel Umso höher, desto schneller rotiert die Atmosphäre Superrotation: abhängig vom Breitengrad umrundet die Atmosphäre den Planeten in 3 5 Tagen Atmosphäre rotiert dem Planeten genau entgegengerichtet

23 Die Existenz des Wirbels ist eine Folge der Hadley-Zirkulation Airglow Beobachtungen zeigen die Folgen der Superrotation

24 Blitze in der Atmosphäre Phänomen bisher nur von Erde, Mars und Jupiter bekannt Möglicherweise häufiger als auf der Erde Durch Daten des Magnetometers verifiziert Wichtig für Ableitung elektrischer Energie Bricht Moleküle auf -> neue Verbindungen möglich

25 The Future - Akatsuki Ein Orbiter aus Japan soll diesen Dezember die Venus erreichen Äquatorialer Orbit Geschwindigkeit der Raumsonde nahezu der Superrotation angepasst Langzeitbeobachtung der Wolkeneigenschaften, der Winde bei mittleren Breiten, und der Wellenaktivitäten in der Atmosphäre Simultane Beobachtungen mit Venus Express

26 Quellen: The upper Atmosphere of Venus observed by Venus Express Miguel López Valverde, Gabriella Gilli, Pierre Drossart The Atmosphere of Venus: Winds and Clouds observed by VIRTIS Ricardo Hueso, Santiago Pérez Hoyos, Agustín Sánchez Lavega and Javier Peralta Coyclostrophic wind in the mesosphere of Venus from Venus Express Observations Arianna Piccialli