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LRO und LCROSS: Die NASA kehrt zum Mond zurück

Juni 18th, 2009

Die japanische Sonde Kaguya hat ihre Mission seit acht Tagen erfolgreich zum Abschluss gebracht, da startet vom Cape Canaveral bereits die nächste ambitionierte Raumsonde Richtung Mond. Eine Atlas V-Trägerrakete bringt gleich zwei Raumfahrzeuge auf den Weg: Während die Hauptnutzlast LRO den Erdtrabanten mindestens ein Jahr lang umkreisen wird, soll der Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) einen rund zwei Tonnen schweren Impaktor auf der Oberfläche zum Absturz bringen, um aus der aufgewirbelten Staubwolke mehr über die Zusammensetzung der Mondkruste zu erfahren.

LROs schärferer Blick

LRO wird direkt auf eine Transferbahn zum Mond und nach etwa vier Tagen in einen Mondorbit mit einer periselenen Höhe von 100 Kilometern gebracht. Danach wird die Bahn kontinuierlich abgesenkt, so dass sie in einer Höhe von etwa 50 Kilometern auf einem zirkulären Orbit für rund ein Jahr arbeiten kann.

An Bord des Orbiters befinden sich 92 Kilogramm Instrumente, die über 10,7 Quadratmeter Photovoltaikmodule mit maximal 1,85 Kilowatt Energie versorgt werden. Eine Ka-Band-Antenne ermöglicht einen Datenstrom von 100 bis 300 MBit pro Sekunde zur Erde, eine S-Band-Antenne regelt den Austausch von Telemetriedaten und Kommandos.

Sechs an Bord befindliche reguläre Instrumenttypen waren zum Teil schon auf früheren amerikanischen Mondmissionen mit dabei, können ihre Messungen aber mit gesteigerter Genauigkeit fortsetzen. Die militärische Sonde Clementine hatte mit wesentlichen Einschränkungen in ihren Bahnparametern zu kämpfen und konnte für die Forscher interessante Polregionen nur sehr eingeschränkt in Augenschein nehmen. Der Lunar Prospector (1998) machte diese Nachteile unter anderem durch seine polare Umlaufbahn wett und bewies mit seinem Neutronenspektrometer, dass an den Mondpolen Wasserstoff in größeren Mengen vorkommt. Ob dieser Wasserstoff in wenigen, ständig im Dunkeln liegenden Kratern vorkommt oder lediglich in Hydratmineralen im Mondgestein eingebaut vorliegt, konnte aber nicht abschließend geklärt werden.

Das Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER) wird dem Namen nach die Auswirkungen kosmischer Strahlung auf die Mondoberfläche untersuchen. Daraus möchte man die biologischen Auswirkungen eines längerfristigen Mondaufenthalts ableiten und Schutztechnologien für die Mondstation weiterentwickeln.

Das Diviner Lunar Radiometer Experiment (DLRE) wird die thermische Abstrahlung der Mondoberfläche messen. Damit sollen mögliche Kältefallen und damit verbundene Eisablagerungen an den Polen gefunden und Gefahren für die Landemissionen besser eingeschätzt werden können.

Das Lyman Alpha Mapping Project (LAMP) wird sein Augenmerk vor allem auf die permanent im Dunkeln liegenden Krater legen. In ihnen könnte eventuell vorhandenes Eis Sternenlicht im fernen Infrarot reflektieren.

Ein zum Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) ähnliches Instrument war bereits an Bord von Lunar Prospector installiert und hatte hohe Wasserstoffkonzentrationen an den Polen nachgewiesen. Die höhere Auflösung von LEND kann Indizien für vorkommendes Eis, die von DLRE und LAMP gefunden werden, verifizieren. Daneben soll das Strahlungsniveau besser untersucht werden.

Zuletzt setzt die NASA einen Technologiedemonstrator eines miniaturisierten Single Aperture Radars (Mini-SAR) ein, der in ähnlicher Form bereits an Bord der indischen Mondsonde Chandrayaan-1 erprobt worden ist. Mit je einem Kanal im X-Band (8-12 GHz) und S-Band (2 GHz) sollen damit ebenso die ständig beschatteten Krater auf mögliche Eisvorkommen untersucht werden. Zudem enthalten die reflektierten Radarwellen Informationen über die Oberflächenrauheit. Die Auflösung soll bei 30 bzw. 150 Metern in den Frequenzbändern liegen.

Obwohl der Mond zu den am häufigsten von irdischen Sonden besuchte Körper ist, ist die Vermessung seiner Oberfläche erst seit kurzem möglich. Laseraltimeter an Bord von Clementine und Lunar Prospector hatten dreidimensionale Geländemodelle ermöglicht, die durch die japanische Sonde Kaguya in den letzten eineinhalb Jahren deutlich verbessert wurden. LRO wird diese Messungen mit dem Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) nochmals übertreffen. Die polare Umlaufbahn ermöglicht eine Intensivierung der Messpunktdichte in den besonders interessanten Polregionen. Hier wird man in der Lage sein, jeden ständig verdunkelten Krater zu identifizieren. Beteiligt an dem Instrument ist auch Prof. Jürgen Oberst von der TU Berlin.

Die Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC) soll sowohl Weitwinkel- als auch Nahaufnahmen der Mondoberfläche erstellen und wird je nach Orbithöhe eine maximale Auflösung von 50 Zentimetern erreichen. Andere Quellen sprechen lediglich von einem Meter. In leitender Rolle gehört Prof. Hiesinger von der Uni Münster zu den Mitentwicklern des Instruments. Damit ist auch geplant, ein genaues Augenmerk auf bisherige Landestellen irdischer Objekte auf der Mondoberfläche zu richten. So können neben den Apollo-Landestellen (5 x 5 Meter bzw. 9 x 9 Meter mit Landegestell) auch Rover wie der sowjetische Lunochod (2 x 3 Meter) und diverse auf der Mondoberfläche abgestürzte Raketenstufen abgebildet werden.

Nach Ende der regulären Missionszeit soll der Orbiter auf eine wartungsärmere polare Umlaufbahn mit einem Periselen von 30 Kilometern und einem Aposelen von 70 Kilometern gebracht werden, von wo er vor allem Datenübertragungsaufgaben späterer Landemissionen übernehmen könnte.

Im Rahmen des NASA-Programms Vision for Space Exploration war 2004 entschieden worden, die geplante Wiederaufnahme bemannter Mondflüge durch eine breite sondengestützte Beobachtungskampagne vorzubereiten. Der ursprüngliche Plan, den LRO mit einer Delta II zu starten wurde fallengelassen, da diese keine spinstabilisierte Oberstufe besitzt. So fiel 2006 die Entscheidung, stattdessen mit einer Atlas V (401) zu starten. Da diese über eine rund 1.000 Kilogramm höhere Nutzlastkapazität verfügt, entstand der Spielraum, ein zweites Raumfahrzeug zum Mond starten zu können.

LCROSS besteht aus einer Leitsonde, die mit rudimentären Instrumenten ausgestattet ist. Nach dem Start wird sich LRO von der verwendeten Centaur-Oberstufe trennen. LCROSS aber wird gemeinsam mit dieser in Richtung Mond aufbrechen. Nachdem LRO auf sicherem Abstand fliegt, wird der Rest der Treibstoff-Kombination Sauerstoff und Wasserstoff abgelassen. – Denn genau deren Vorkommen direkt unterhalb der Mondoberfläche soll LCROSS untersuchen.

Das Raumschiffduo wird schließlich in eine exzentrische Erdumlaufbahn eintreten, in der es bis zu vier Monate lang verbleiben wird. In dieser Zeit wird ein unbeschienener Krater in den Polregionen gesucht, der ein treffliches Ziel abgeben könnte. Schließlich wird sich die Centaur-Oberstufe von LCROSS trennen und kontrolliert zum Absturz gebracht. Der Aufprall der 2,4 Tonnen wiegenden Raketenstufe mit einer Geschwindigkeit von 2,5 Kilometern pro Sekunde wird eine Fontäne aus mindestens 350 Tonnen Mondgestein und vermutlich Wasserbestandteilen aufwirbeln und dabei einen 20 Meter durchmessenden und 4 Meter tiefen Krater hinterlassen. Die erzeugte Staubwolke wird rund 10 Kilometer über die Mondoberfläche aufragen und von Teleskopen an Bord von LRO, LCROSS und auf der Erde beobachtet. LCROSS wird direkt nach der Abtrennung seine Triebwerke zünden, um den eigenen unvermeidlichen Aufprall um mehrere Minuten zu verzögern. So kann das Raumfahrzeug seine primäre Aufgabe, die Analyse der erste Fontäne aus nächster Nähe, erfüllen. Danach werden die 640 Kilogramm der Sonde eine weitere Impaktfontäne erzeugen.

Die nur 79 Millionen US-Dollar teure LCROSS-Sonde besitzt zwei Infrarot-Spektrometer, ein Spektrometer für sichtbares Licht, zwei Infrarotkameras, eine Kamera, die im sichtbaren Licht arbeitet und ein Photometer. Die gesammelten Daten werden im S-Band mit einer Rate von bis zu 1,5 MBit pro Sekunde zur Erde gesendet, bevor die Sonde auf der Mondoberfläche aufschlägt. Zuvor werden die Spektrometer die herausgeschleuderten Stoffe, darunter Wassereis, Kohlenwasserstoffe oder organische Verbindungen, untersuchen. Die Infrarotkameras sollen Vorkommen und Verteilung von Wasser in der Wolke feststellen, während die optische Kamera den genauen Einschlagort sowie das räumliche Verhalten der Wolke im Blick behalten wird. Schießlich soll der Photometer die Einschlagsenergie der Centaur-Stufe messen.

LRO und LCROSS erst der Anfang?

LRO und LCROSS setzen als erste Mondmissionen der Amerikaner seit einem Jahrzehnt neue Akzente: Es steht nicht explizit nur die Sammlung wissenschaftlicher Daten im Vordergrund. Vielmehr soll die wissenschaftliche Auswertung die Rückkehr des Menschen auf den Mond ermöglichen, der dort an einem optimalen Landestandort deutlich tiefer gehende wissenschaftliche Untersuchungen vornehmen kann, als dies in der Apollo-Ära möglich gewesen ist. Die deutsche Beteiligung an dem insgesamt 680 Millionen US-Dollar teuren Orbiter beläuft sich auf rund 600.000 Euro.

Die permanente Versorgung einer Mondstation erfordert genaueres Wissen über einen potenziellen Landestandort, als dies für die Kurzlandungen der Apollo-Ära notwendig gewesen war. Im Vordergrund steht die Sicherheit der Menschen, für die ein genaues Verständnis der Hangneigung und der Untergrundstabilität nötig ist. Die pulverartige Regolith-Schicht der Mondoberfläche entsteht durch das ständige Bombardement mit Teilchen und kann leicht ins Rutschen geraten oder bei zu großer Auflast einsinken.

Die Versorgung der Mondstation sollte zum Teil autark erfolgen, wofür die Verwendung von Sauerstoff und Wasser aus Mondressourcen angedacht wird – zumindest wenn sich diese effizient fördern ließen. Die NASA versucht mit LCROSS nicht zum ersten Mal, Informationen über oberflächennahes Wasser aus dem Impakt eines Raumfahrzeugs zu gewinnen. Auch der Lunar Prospector wurde in einen aussichtsreichen Südpolkrater zum Absturz gebracht – mit geringem Erfolg. LCROSS wird jedoch eine vielfach größere Fontäne erzeugen und kann diese sogar aus nächster Nähe in Augenschein nehmen. Die Hoffnung nutzbaren Wassers an den Mondpolen wird mit LRO und LCROSS bestätigt – oder sterben.

Unterschätzte Klimatreiber: Aerosole

April 11th, 2009

Bild A zeigt Rußpartikel (Pfeile), die sich an Sulfatblasen geheftet haben. Bild B zeigt den Ruß im Detail, Bild C Flugasche, ein Produkt der Kohleverbrennung (Peter Buseck, Arizona State University)

Bild A zeigt Rußpartikel (Pfeile), die sich an Sulfatblasen geheftet haben. Bild B zeigt den Ruß im Detail, Bild C Flugasche, ein Produkt der Kohleverbrennung (Peter Buseck, Arizona State University)

Aerosole sind feinste feste und flüssige Partikel, die aus menschengemachten und natürlichen Quellen in die Atmosphäre gelangen. Dort haben sie auf den ersten Blick einen kühlenden Einfluss auf das Klima. Denn sie verhindern, dass Sonnenlicht direkt auf den Boden fällt und ihn erwärmt. Die Aerosole reflektieren einen Teil der Strahlung und werfen ihn direkt zurück ins All, die Albedo der Atmosphäre steigt.

Zu den Aerosolen gehören vulkanische Asche, aufgewirbeltes Meersalz, Pollen oder Pilzsporen. Ein Großteil der heute in der Atmosphäre befindlichen Teilchen sind jedoch anthropogen. Der Mensch gibt vor allem Sulfate und Rußpartikel in die Atmosphäre ab.

Drew Shindell vom NASA Goddard Institute for Space Studies in New York untersuchte in einer Studie die Rolle anthropogener Sulfat- und Ruß-Aerosole mit Hilfe eines Computermodells. Das System Atmosphäre-Ozeane wurde analysiert, um die Einflüsse von steigenden CO2– und Aerosolemissionen, sowie den Abbau der Ozonschicht, auf sensible Klimazonen in den letzten drei Jahrzehnten zu untersuchen.

Seit der beginnenden Erwärmung der Arktis im Jahr 1976 wurden in Europa und Nordamerika – den industrialisierten Anrainern der Arktisregion – Gesetze zur Verringerung der Sulfatkonzentration aus Fabriken und Kraftwerken erlassen. Sulfat entsteht überwiegend bei der ungefilterten Verbrennung von Kohle und Öl. Die Emissionen sanken um 50 Prozent. Dieser Trend wurde jedoch durch die Industrialisierung Asiens ausgeglichen. Zeitgleich nahm die Luftkonzentration von Rußpartikeln weltweit zu. Diese entstehen beispielsweise bei der Verbrennung von Diesel. Die dunklen Partikeln absorbieren im Unterschied zu Sulfaten das Sonnenlicht und tragen zur Erwärmung der Atmosphäre bei.

Aerosole erwärmen (noch) am stärksten

Die asymmetrische Temperaturkurve der Arktis deutet auf die Rolle von Aerosolen in der nördlichen Hemisphäre hin. (Drew Shindell, Goddard Institute for Space Studies)

Die asymmetrische Temperaturkurve der Arktis deutet auf die Rolle von Aerosolen in der nördlichen Hemisphäre hin. (Drew Shindell, Goddard Institute for Space Studies)

In ihrem Modell berücksichtigte das Team um Drew Shindell die wichtigsten Einflussfaktoren auf das Klima, darunter Schwankungen der Sonnenaktivität, Vulkanausbrüche und die sich verändernden Treibhausgaskonzentrationen. Ihre Ergebnisse wurden mit realen Messdaten abgeglichen. Ihr Ergebnis: Aerosole hatten bisher den größten Einfluss auf die Klimaerwärmung.

Das Resultat klingt plausibel: Die Regionen mit den stärksten Reaktionen auf Aerosole sind deckungsgleich zu denen, die die stärkste Erwärmung seit 1976 aufweisen. In der Arktis hat sich die bodennahe Luft seitdem um 1,5 °C erwärmt. Die Antarktis zeigt dagegen mit +0,35 °C eine deutlich geringere Reaktion. Auch das macht Sinn, ist doch die Arktis den Erzeuerregionen von Aerosolen in der nördlichen Hemisphäre deutlich näher.

„Viele glauben, Aerosole spielten nur eine untergeordnete Rolle – das tun sie aber nicht“, sagt Shindell. „Aktuell sind die Auswirkungen von Aerosolen in mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre bis hinauf in die Arktis genauso hoch wie die der Treibhausgase.“

Diese Einsicht müsse auch in der politischen Agenda mit berücksichtigt werden.

„Wir werden der Klimaentwicklung in den kommenden Jahrzehnten kaum entgegen wirken können, wenn wir uns nur auf CO2 konzentrieren“, so Shindell weiter. „Wenn wir wirklich verhindern wollen, dass die Arktis in wenigen Jahrzehnten im Sommer eisfrei ist, sollten wir ein deutlich größeres Augenmerk auf Aerosole und Ozon werfen.“

Ein großer Unterschied zwischen den Klimatreibern liegt in ihrer Residenz- und Wirkungszeit in der Atmosphäre. Da sich Aerosole nur wenige Tage bis Wochen in der Luft halten können, bevor sie wieder absinken, beeinflussen sie maßgeblich das Klima von heute und das der kommenden Dekaden. Dagegen haben Treibhausgase wie CO2 einen längeren Atem, brauchen aber deutlich länger, bis sie ihre Wirkung entfalten. Sie werden das Klima kommender Jahrhunderte bestimmen.

Stellen kühle Sterne Lebensbausteine bereit?

April 8th, 2009

Künstlerische Ansicht einer extraterrestrischen Ursuppe (NASA/JPL-Caltech)

Künstlerische Ansicht einer extraterrestrischen Ursuppe (NASA/JPL-Caltech)

Seit die Chemiker Stanley Miller und Harold C. Urey im Jahr 1953 das Ursuppen-Experiment vorstellten, ist viel Zeit vergangen. Das Experiment bestand aus den vermuteten Bestandteilen der jungen Erde, denen Energie in Form von Blitzen zugesetzt wurde. – Und siehe da, die ersten lebenswichtigen organischen Moleküle entstanden. Auch wenn die Aussagekraft des Miller-Urey-Experiments heute umstritten ist: Kann man davon ausgehen, dass auch in anderen Sonnensystemen ähnliche chemische Grundvoraussetzungen für die Entstehung von Leben bestehen? Diese Frage hat kürzlich ein US-amerikanisches Forscherteam versucht, mit Hilfe des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA zu klären.

Ihre Anfangsfrage lautete: Enthalten andere Sterne solche Moleküle, die man als präbiotisch bezeichnen kann?

„Um kalte Sterne hat sich die präbiotische Chemie vielleicht ganz anders entwickelt,“ sagte Ilaria Pascucci, leitende Autorin der neuen Veröffentlichung von der Johns-Hopkins-Universität in Baltimore. Die Studie erscheint am 10. April im Astrophysical Journal.

Die Forscher waren auf der Suche nach Cyanwasserstoff, der in protoplanetaren Scheiben vorkommt. Aus diesen Scheiben entstehen später Planeten und auf ihnen sammelt sich dann vielleicht eine Ursuppe, aus der Leben entstehen könnte. Cyanwasserstoff ist eine Komponente des Adenin, einem Hauptbestandteil der DNA und damit jeden Lebens auf der Erde.

„Es ist durchaus möglich, dass auch das Leben auf der Erde durch die Zufuhr solcher Moleküle aus dem Sonnensystem gestartet wurde“, sagte Pascucci.

Die Forscher untersuchten mit dem Infrarotspektrografen des Spitzer-Teleskops 44 protoplanetare Scheiben um sonnenähnliche und 17 um kühle Sterne. Sie haben alle ein Alter von etwa drei Millionen Jahren. In dieser Phase entstehen nach den heutigen Modellen die meisten Planeten.

Das Ergebnis der Studie lautet: Cyanwasserstoff wurde in 30 Prozent der Staubsteiben um sonnenähnliche gelbe Sterne gefunden. Der übrige Teil sowie die kühlen M-Typ-Zwergsterne und braunen Zwerge zeigten keine Spuren des Moleküls.

„Vielleicht ist ultraviolettes Licht dafür verantwortlich, dass bei gelben Sternen mehr Cyanwasserstoff produziert wird. Sie erzeugen größere Mengen dieser Strahlung“, sagte Pascucci.

Die Funde bergen Implikationen für andere kürzlich gefundene Exoplaneten um M-Typ-Sterne. Bisher wurden keine erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone gefunden, in der flüssiges Wasser existieren kann. Wird eines Tages ein solcher Planet gefunden, könnte er auch Leben beherbergen? Diese Frage möchte Pascuccis Gruppe beantworten.

„Die Astronomen sind sich da nicht so sicher. M-Typ-Sterne neigen zu extremen magnetischen Ausbrüchen, was frisch entstandenes Leben in Bedrängnis bringen könnte. Mit den neuen Spitzer-Daten müssen sie ein weiteres Detail berücksichtigen: Diese Planeten haben vielleicht einen ernsthaften Mangel an Cyanwasserstoff. Dieses Molekül ist ein nicht unwichtiger Bestandteil von uns“, sagt Douglas Hudgins, Spitzer-Programmwissenschaftler am NASA-Hauptquartier in Washington D.C. „Die Frage lautet: Enthalten kühle Sternensysteme überhaupt die richtigen Zutaten für die Entstehung von Leben? Hieße die Antwort nein, wäre die Frage über Leben an kühlen M-Sternen ausgesprochen fragwürdig.“

Vermessung eines unförmigen Titans

April 5th, 2009

Farbkodiertes Höhenmodell der Region Hotei Arcus, die vermutlich durch cryovulkanische Ausflüsse entstand (NASA)

Farbkodiertes Höhenmodell der Region Hotei Arcus, die vermutlich durch cryovulkanische Ausflüsse entstand (NASA)

Die NASA-Sonde Cassini setzt auf den Titan. Da er größer als Merkur und nur unwesentlich kleiner als der größte Mond des Sonnensystems Ganymed ist, eignete er sich für die Missionsplaner am besten, um ohne großen Treibstoffaufwand in viele Bereiche des Saturnsystems vordringen zu können. Mit dem gestrigen Tag flog die Sonde nun 52-mal an dem einzigen Mond des Sonnensystems mit einer dichten Atmosphäre vorbei, der für die Wissenschaft auch darum so interessant ist, weil er etliche Gemeinsamkeiten mit der frühen Erde teilt – und sich dennoch enorm von allem unterscheidet, was wir kennen.

Neue topografische Karten in 3D

Das Cassini Radar Instrument wurde oft genutzt, um durch die Wolkenhülle des Titan hindurch seine Geländeoberfläche zu vermessen. Da Cassini bei jedem Vorbeiflug aus einem anderen Winkel auf das Gelände blickt, können mehrfach aufgenommene Areale nun in stereoskopischen Karten dargestellt werden. Ähnlich wie die Augen eines Menschen, die aus ihren unterschiedlichen Perspektiven dreidimensionale Objekte wahrnehmen können, wurden aus den Daten nun dreidimensionale Karten erstellt.

Die Wissenschaftler um Randy Kirk vom Astrogeology Science Center am Geological Survey in Flagstaff im US-Bundesstaat Arizona verwendeten Radardaten von insgesamt 19 Titanüberflügen. Aus der Überlappung von Kartenmaterial konnten sie für rund zwei Prozent der Mondoberfläche stereoskopische Karten mit einer Auflösung von rund 2,4 Kilometern pro Pixel erstellen.

„Es ist fast so gut, wie selbst da zu sein: Wir erhalten mit den Überflügen einen Eindruck der Titanoberfläche aus der Vogelperspektive“, sagte Kirk. „Wir haben eine Vielzahl verschiedener Merkmale kartiert. Einige von ihnen erinnern mich an die Erde, darunter große Ozeane, kleine Seen, Flüsse, ausgetrocknete Flussbetten, Berge, Sanddünen, aus denen Hügel auftauchen und erstarrte Lavaflüsse.“

Die geologische und geomorphologische Auswertung der Karten steht erst an ihrem Anfang. Sie zeigt schon jetzt eine vielseitige Landschaft mit rund 1.200 Meter hohen Bergen, Tälern, durch die ausgetrocknete Flussbetten oder Lavaströme mäandern und Kohlenwasserstoffseen, die vor allem in den nördlichen Breiten vorkommen. Mit der Radarvermessung war es nun auch möglich, deren Tiefe zu bestimmen, die bis zu 100 Meter reicht.

Hier finden Sie einen Überflug eines Teils der Titanoberfläche. Einen ersten Eindruck bekommen Sie hier:

Die Radardaten wurden zudem dazu genutzt, die genauen Maße des Titans zu bestimmen. Wie alle planetenartigen Körper im Sonnensystem, ist der Mond keine perfekte Kugel, da Gezeitenkräfte vom Saturn auf ihn wirken. Er rotiert gebunden um den Gasriesen, weist ihm also wie der Erdmond der Erde ständig die gleiche Seite zu.

„Wir haben nun die ersten Messungen, die zeigen, dass Titan keine perfekte Kugel ist, sondern mehr ein deformiertes Ei-artiges Ding“, sagte Howard Zebker von der Standford University gegenüber dem Magazin New Scientist über die neueste Studie seines Teams. Von einer perfekten Kugel weicht Titan an seinen Polen um rund 700 Meter ab. Daneben hinterlässt die gebundene Rotation um Saturn ihre Spuren. Die ihm zugewandte Seite weicht am Äquator um 400 Meter von der Idealform ab.

Bisher hatten Wissenschaftler vermutet, dass die Verformungen aufgrund der berechneten Gezeiten geringer sein müssten. Daraus ließe sich schließen, dass der Mond früher auf einer niedrigeren Bahn um Saturn kreiste, die mit höheren Gezeitenkräften verbunden war. Eine mögliche Ursache für eine solche Orbitvergrößerung wurde noch nicht gefunden.

Die Abplattung an den Polen kann erklären, warum die Kohlenwasserstoff-Seen vor allem dort auftreten. Ein Modell für den Aufbau der Kruste ist, dass hier in geringer Tiefe die flüssigen Verbindungen Methan und Ethan vorkommen, ähnlich wie Grundwasser auf der Erde. Eine geringere topografische Höhe würde bedeuten, dass sie an die Oberfläche gelangen und Seen ausbilden. Die Titanatmosphäre enthält mit 1,6 Prozent deutlich zu viel Methan, das schnell durch Reaktionen im Sonnenlicht zersetzt werden sollte. Käme ein Großteil des titanischen Methans in flüssiger Form unterirdisch vor, könnte es jedoch die Atmosphärenzusammensetzung erklären. Denn so gäbe es ständig Methan-Nachschub aus der Tiefe.

Jedoch ist die These unterirdischer Kohlenwasserstoffvorkommen unter Planetenforschern umstritten. Die dichte Lufthülle des Titan zeigt regelmäßige Wetterphänomene, die auch Regen aus Kohlenwasserstoffen einschließen. Vielleicht verursachen auch nur Luftströmungen, dass es im Norden besonders viel regnet und die dortigen Seen gespeist werden. Es bleibt also noch viel Arbeit für Cassini.

In die Vergangenheit weit entfernter Galaxien

März 16th, 2009

Hubble-Aufnahmen (oben) mit den Geschwindigkeitsmessungen, die unten mit den Hubbleaufnahmen farbkodiert überlagert worden.

Hubble-Aufnahmen (oben) mit den Geschwindigkeitsmessungen, die unten mit den Hubbleaufnahmen farbkodiert überlagert worden.

Als das Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 1993 begann, das Universum zu entdecken, sorgte es für eine Revolution in der Astronomie. Nie zuvor war ein Teleskop dieser Größe in der Lage gewesen, ohne die störenden Einflüsse der Erdatmosphäre ins All zu blicken. Doch schon fünf Jahre später bekam es Konkurrenz, von Instrumenten am Boden, denen die Atmosphäre nichts mehr ausmachte. Das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) steht in der extrem feuchtigkeitsarmen Atacama-Wüste der südchilenischen Anden, unter idealen Beobachtungsbedingungen. Es arbeitet mit einer Reihe innovativer Technologien, die ihm ermöglichen, die optischen Nachteile einer bewegten Lufthülle zu überkommen. Das VLT kann so die Qualität zuvor gemachter Hubble-Aufnahmen oft noch überbieten.

Doch dass die Stärken beider Teleskope nicht nur konkurrieren, sondern sich auch ergänzen können, beweisen nun Forscher von Instituten in Marseille, Paris und München. Sie kombinierten die Auflösungsfähigkeit von Hubble mit den Stärken des Instrumentenbündels FLAMES und GIRAFFE, das am VLT-Teleskop Kueyen installiert ist.

„Diese einmalige Kombination von Hubble und VLT erlaubt es uns, weit entfernte Galaxien fast so gut zu untersuchen, wie wir dies bisher mit ihren nahen Vertretern konnten“, sagt François Hammer, Leiter der Forschergruppe. „Mit FLAMES und GIRAFFE sind wir in der Lage, die Geschwindigkeit von Gas an verschiedenen Orten dieser Objekte zu vermessen. Wir erhalten damit ein dreidimensionales Bild von Galaxien, die ein halbes Universum von uns entfernt sind.“

FLAMES und GIRAFFE

Im Jahr 2002 wurde der Instrumentenzoo des VLT um eine Reihe exotischer Exemplare erweitert. Der Fibre Large Array Multi-Element Spectrograph (FLAMES) ist in der Lage, Spektren von mehr als hundert Objekten zur gleichen Zeit aufzuzeichnen, die innerhalb eines Himmelsausschnitts von 25 Bogenminuten liegen, etwa des Durchmessers eines Vollmondes. Gekoppelt ist es an GIRAFFE, die aus rund 132 Glasfaserbündeln besteht, die ähnlich den Facettenaugen eines Insekts in verschiedene Richtungen blicken können. So sind Forscher in der Lage, eine Vielzahl von Teilbereichen eines äußerst kleinen Himmelsausschnitts gleichzeitig zu beobachten, etwa verschiedene Gaswolken innerhalb einer Galaxie.

Ergebnisse

Im Jahr 2009 wurden bereits Ergebnisse über drei untersuchte Galaxien veröffentlicht. Im Fall von J033241.88-274853.9 entdeckten die Forscher eine große Menge von ionisiertem Gas. Dies spricht normalerweise für die Präsenz junger Sterne. In diesem Fall jedoch fanden sie selbst nach elftägiger Beobachtung keinerlei Sterne. Die Forschergruppe um Mathieu Puech, welche die Galaxie beobachtet hatte, versuchte daraufhin, die Entdeckung mit Computermodellen zu erklären. Demnach wäre es denkbar, dass zwei sehr gasreiche Galaxien miteinander kollidierten. Die dadurch freigesetzte Energie wäre dann in der Lage gewesen, das Gas zu ionisieren. Gleichzeitig wäre das Gas zu heiß, dass sich daraus überhaupt Sterne formen können.

In einem anderen Fall berichten Astronomen um François Hammer von einer gegenteiligen Beobachtung. Sie fanden eine Galaxie mit bläulicher Zentralregion, die von einer rötlich leuchtenden Staubscheibe umgeben ist. In diesem Fall zeigten Modellierungen, dass Sterne und Gas mit hoher Geschwindigkeit auf den bläulichen Kern zu rotierten. Dies interpretieren die Forscher als den Zustand einer selbsterneuerten Galaxie nach erfolgter Verschmelzung.

Eine dritte Veröffentlichung beschreibt eine Galaxie, deren bläuliche ausgedehnte Struktur mit kaum einem bekannten Objekt vergleichbar ist. Diese besteht aus jungen massereichen Sternen, die in unseren Nachbargalaxien kaum zu finden sind. Simulationen zeigten, dass hier vermutlich das Resultat der Kollision zweier Galaxien mit sehr unterschiedlichen Massen zu sehen ist.

Die Bewegung zurückdrehen

Die neue Messmethode bietet den Forschern einen entscheidenden Vorteil. Sie können die räumlich aufgelöste Bewegung von Gaswolken dazu nutzen, die ablaufenden Prozesse in der Galaxie in Simulationen zurückzudrehen und so in ihre Vergangenheit zu schauen. Anschließend wollen die Forscher nun ihre Daten mit bereits besser vermessenen, nahen Galaxien vergleichen. Ziel ist es, besser zu verstehen, wie sich Galaxien innerhalb der letzten sechs bis acht Milliarden Jahre entwickelten.

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