Written by Tessa Ranzau

Die Kometenjägerin Rosetta

Die Kometenjägerin Rosetta by Tessa Ranzau

Text: Cornelia Steiner | Umsetzung: Tessa Ranzau

Eine einzigartige Mission

Im Jahr 2004 ist die Raumsonde Rosetta zu einer einzigartigen Mission aufgebrochen. Ihr Ziel: der Komet Churyumov-Gerasimenko, kurz Chury. Im August 2014 hat sie ihn erreicht, und gemeinsam fliegen die beiden seitdem in Richtung Sonne. Das allein ist schon einmalig – doch am 12. November 2014 hat Rosetta auch noch ein Mini-Labor von der Größe eines Kühlschranks auf den Kometen geschickt. Damit wurde ein neuer Meilenstein in der Geschichte der Raumfahrt erreicht, vergleichbar mit der Mondlandung. Braunschweiger Forscher sind an der Mission maßgeblich beteiligt. Erleben Sie in dieser Multimedia-Reportage noch einmal Rosettas Reise.

Unzählige dreckige Eisbälle rasen durchs Weltall – Kometen. Manche sind nur einen Kilometer dick, andere hundert Kilometer. Hin und wieder können wir sie sehen, wenn sie mit ihrem langen Gasschweif an der Erde vorbeiziehen. Die Wissenschaft will mehr über Kometen wissen, weil sie genauso alt sind wie unser Sonnensystem: mehr als 4,5 Milliarden Jahre.

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Das Modell zeigt die Form des Kometen Churyumov-Gerasimenko

Quelle: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Gemeinsam mit Planeten und Monden entstanden Kometen aus einer gigantischen Wolke aus Eis und Staub, vermuten Forscher. Während sich das Ausgangsmaterial in Planeten und Monden durch physikalische, chemische und biologische Prozesse aber sehr stark veränderte, wurde es in den viel kleineren Kometen wohl nahezu im Urzustand konserviert. Sie sind aus Sicht der Forschung also tiefgekühlte Archive, die Informationen über die Entstehung unseres Sonnensystems und der Erde liefern können.

Wie war die Ur-Wolke aus Eis und Staub chemisch zusammengesetzt? Welche Moleküle enthielt sie? Sind die Bausteine unseres Lebens, etwa Aminosäuren, in der Ur-Wolke entstanden und durch abstürzende Kometen auf die Erde gelangt? Kam so auch das Wasser auf die Erde? Antworten auf diese Fragen soll die Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumagentur ESA liefern – unter anderem mit Knowhow und Technik von der Technischen Universität Braunschweig und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Braunschweig.

Rosettas Weg durchs All

Im folgenden Zeitstrahl können Sie Rosettas Reise durchs All von 2004 bis heute nachvollziehen. Klicken Sie einfach rechts auf den Pfeil.


Rosetta hat seit ihrem Start im Jahr 2004 etwa sieben Milliarden Kilometer zurückgelegt. Sie ist dabei dreimal um die Erde und einmal um den Mars geflogen, um dort Schwung zu holen und ihr Tempo zu steigern. Danach hat sie sich auf ihrem Weg zum Kometen weit von der Sonne entfernt. Die größte Entfernung betrug rund fünf astronomische Einheiten – eine astronomische Einheit entspricht der Distanz zwischen Erde und Sonne. Nun bewegt Rosetta sich mit dem Kometen wieder Richtung Sonne. Die Animation zeigt Rosettas Jagd nach „Chury“. (Animation: ESA – C. Carreau)

 

Technik aus Braunschweig

Um der Urmaterie erstmals intensiv auf die Spur zu kommen, sind die Raumsonde und das Landegerät mit insgesamt 21 Forschungsinstrumenten beladen. Sie sollen zum Beispiel das Gas des Kometen analysieren, den Staub untersuchen, die Masse und die Dichte des Kometen messen, die chemische Zusammensetzung seiner Oberfläche ermitteln und die innere Struktur und Temperatur des Kometenkerns bestimmen. All dies soll Antworten auf die große Frage liefern: Wie kam das Leben auf die Erde?

 

Braunschweiger-Rosetta-Team
Das Rosetta-Team der TU Braunschweig und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Braunschweig (von links): Professor Harald Michalik, Professor Jürgen Blum, Dr. Hans-Ulrich Auster, Professor Uwe Motschmann, Christoph Koenders mit einem Modell der Sonde, DLR-Chef Professor Joachim Block, Dr. Ingo Richter und Professor Karl-Heinz Glaßmeier.

Foto: Peter Sierigk

 

An der Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumagentur (ESA) beteiligen sich 17 Nationen. Den größten finanziellen und wissenschaftlichen Beitrag zu dieser Mission steuert Deutschland bei: Mehrere Universitäten und Forschungsinstitute sind beteiligt – unter anderem auch die TU Braunschweig und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Braunschweig (DLR).

 

 

Die Braunschweiger Beiträge: Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt wurde die tragende Struktur des Landegeräts Philae entwickelt. Von Wissenschaftlern der Technischen Universität stammen zwei Magnetometer, der Instrumentenrechner für die Rosetta-Kamera Osiris sowie der Steuerrechner für zwei Massenspektrometer und einen Drucksensor namens Rosina. In unserer interaktiven Grafik können Sie all diese Teile entdecken.

LANDEGERÄT PHILAE

Das Mini-Labor soll auf dem Kometen unter anderem Gesteinsproben nehmen und analysieren. Die tragende Struktur, entwickelt vom DLR in Braunschweig, erfüllt vor allem drei Anforderungen: 1. Sie ist extrem leicht, denn jedes unnötige Gramm ist im All ein Hindernis. 2. Sie ist extrem fest und steif, damit Philae den Raketenstart überstehen konnte. 3. Sie schützt die Elektronik der Messgeräte vor den Kometennächten mit minus 160 bis minus 170 Grad Celsius.

Das Ergebnis: Philae wiegt inklusive aller Messgeräte rund 100 Kilogramm und ist jeweils etwa einen Meter lang, breit und hoch. Der Lander besteht aus Aluminium-Wabenkernen und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Alle empfindlichen elektronischen Teile befinden sich unter einer Haube. „Man kann sich das wie bei einer Thermosflasche vorstellen: Die Außenstruktur ist robust, und das innere Glasgefäß ist durch filigrane Elemente an dieser Außenstruktur aufgehängt, damit es keine Wärmeverluste gibt“, erklärt DLR-Chef Joachim Block.

KAMERA OSIRIS

Wissenschaftler des Instituts für Datentechnik und Kommunikationsnetze der TU Braunschweig haben für die Rosetta-Kamera Osiris den Bilddatenspeicher entwickelt und gebaut. „Das ist eine Art Festplatte, auf der die Rohbilder landen“, erläutert Professor Harald Michalik. „Weil dieser Speicher schnell voll ist und die Bilder nur vergleichsweise langsam zur Erde gesendet werden können, haben wir eine Software entwickelt, die diese Datenmenge an Bord von Rosetta komprimiert.“ Außerdem stammt aus Michaliks Büros und Laboren auch eine Software, die es erlaubt, die Kamera von der Erde aus auf einfache Weise zu programmieren. Das Kamerasystem hat eine Auflösung von 1000 mal 1000 Pixel. Nach heutigem Stand der Technik ist das wenig: Smartphones verfügen über Kameras im vielfachen Megapixel-Bereich. Doch die Entwicklung der Osiris-Kamera begann Mitte der 1990er Jahre, die Platinen wurden 1999 gebaut. Osiris steht für: Optical, Spectroscopic and Infrared Imaging System.

DIE MAGNETOMETER

Zum ersten Mal überhaupt wird es durch die Rosetta-Mission möglich, Magnetfeldmessungen ganz nah an einem Kometenkern durchzuführen. Zu diesem Zweck sind sowohl die Raumsonde als auch das Landegerät mit je einem Magnetometer ausgerüstet. Das Know-how und die Instrumente stammen aus dem Institut für Geophysik und extraterrestrische Physik sowie aus dem Institut für Theoretische Physik der TU Braunschweig. „Das Gerät an Bord der Raumsonde soll untersuchen, wie sich der Komet im Sonnenwind verhält und wie der leuchtende Plasma-Kometenschweif entsteht“, erläutert Dr. Ingo Richter. Das Gerät am Landegerät soll das Magnetfeld des Kometen messen – dessen magnetische Eigenschaften könnten Hinweise darauf geben, wie und warum sich vor 4,6 Milliarden Jahren Eis und Staub zu Kometen zusammengeballt haben. Die beiden Magnetometer sind jeweils an einem Ausleger außerhalb von Sonde und Landegerät befestigt, damit sie störungsfrei arbeiten können.

Der Steuerungsrechner für ROSINA

Hinter Rosina verbergen sich zwei Massenspektrometer und ein Drucksensor – sie analysieren die Zusammensetzung von neutralen und ionisierten Gasen des Kometen. Rosina soll unter anderem die Moleküle im Gasschweif bestimmen. Der zentrale Steuerungsrechner für die drei Sensoren entstand am Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze der TU Braunschweig. Er sitzt geschützt im Innern der Raumsonde. „Der Rechner enthält alle Funktionen, um die Sensoren zu steuern, die Messdaten aufzunehmen und die Daten für die Übertragung zur Erde vorzubereiten“, sagt Björn Fiethe. Seit Anfang August misst Rosina eindeutig Moleküle wie beispielsweise Wasser, Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd in der näheren Umgebung des Kometen – die detaillierte Auswertung der Zusammensetzung wird nun die nächsten Monate andauern. Rosina steht für: Rosetta-Orbiter-Spektrometer für Ionen- und Neutralgas-Analyse.

 

Chury, der heiß Begehrte

Sein offizieller Name lautet 67P/Churyumov-Gerasimenko, aber viele nennen ihn einfach Chury. Der Komet, den die Raumsonde Rosetta nun begleitet, wurde 1969 von zwei russischen Forschern entdeckt: Klim Churyumov und Svetlana Gerasimenko. Er wiegt rund zehn Milliarden Tonnen und ist etwa vier Kilometer lang und drei Kilometer breit. Allerdings ähnelt er nicht einer Kartoffel, wie man zunächst annahm, sondern er besteht aus zwei Teilen, die durch einen dünnen Hals miteinander verbunden sind, und ähnelt entfernt einer Gummi-Ente.

Wie alle Kometen stammt er aus einer Region im äußeren Bereich unseres Sonnensystems. Durch die Annäherung an den Jupiter wurde er jedoch ins Innere unseres Sonnensystems gezogen. Chury bewegt sich nun auf einer elliptischen Bahn zwischen Jupiter und Erde um die Sonne – für einen Umlauf um die Sonne braucht er etwa sechseinhalb Jahre. Sein weitester Abstand von der Sonne beträgt rund 850 Millionen Kilometer. Zum Vergleich: Zwischen Sonne und Erde liegen im Mittel 150 Millionen Kilometer. Churys geringster Abstand zur Sonne beträgt 186 Millionen Kilometer.

In Kometen sind flüchtige Stoffe wie Wasser, Kohlenmonoxid, Methan und Stickstoff eingefroren. „Sie bestehen also aus einem Gemisch von Staub, Eis und gefrorenen Gasen und werden daher als schmutzige Schneebälle bezeichnet“, erläutert Karl-Heinz Glaßmeier von der TU Braunschweig. Je näher ein Komet an die Sonne herankommt, also je wärmer es wird, umso mehr verdampfen die gefrorenen Gase. Das heißt: Sie gehen vom festen Zustand direkt in den gasförmigen Zustand über, ohne sich vorher zu verflüssigen.

„Die ausströmenden Gase reißen Staubpartikel mit sich weg“, sagt der Wissenschaftler. „Dadurch bildet sich um den oft nur wenige Kilometer dicken Eiskern, den Kometenkern, eine riesige leuchtende Wolke aus Gas und Staub, die Koma.“ Aufgrund der Ausgasung schrumpfen die Kometen. Weil Chury bis vor einigen Jahrzehnten aber sehr weit von der Sonne entfernt war, hat er bislang noch nicht viel Material verloren. Zurzeit bewegt sich der Komet in Richtung Sonne. Im Sommer 2015 kommt er ihr ganz nah – seine Aktivität wird also rasant zunehmen. „Er wird tonnenweise Gas und Staubteilchen freisetzen. Das ist eine Art chemische Fabrik, in der sich Dutzende sehr komplexe chemische Reaktionen abspielen. All das wollen wir beobachten, wir wollen so viel wie möglich messen“, sagt Glaßmeier.

Rosetta, die Kompakte

Knapp drei Tonnen brachte die Raumsonde beim Start vor zehn Jahren auf die Waage. Mehr als die Hälfte davon entfiel auf den Treibstoff, von dem inzwischen für Flugmanöver schon einiges verbraucht wurde. Rosetta hat Außenmaße von 2,80 x 2,10 x 2 Meter.

Gesteuert wird die Rosetta-Mission vom Satelliten-Kontrollzentrum der ESA in Darmstadt. Eine besondere Herausforderung ist die Tatsache, dass die Funksignale zwischen Erde und Rosetta bei der weitesten Entfernung für einen Weg bis zu 45 Minuten brauchten. Für den Datenaustausch bei Missionen im tiefen Weltall sind daher besonders leistungsfähige Antennensysteme nötig: In Australien, Spanien und Argentinien betreibt die ESA Parabolantennen mit je 35 Metern Durchmesser. Diese Antennen sind im Abstand von 120 Grad um die Erde verteilt, so dass immer eine Antenne die Sonde „sieht“. Der meiste Datenaustausch bei der Rosetta-Mission wird über die Antenne im australischen New Norcia abgewickelt.

Dass Rosetta trotz der Zeitverzögerung exakt gesteuert wird, ist möglich, weil alle Kommandos mit zeitlichem Vorlauf programmiert und gesendet werden. Das soll auch sicherstellen, dass Rosetta selbst dann problemlos weiter betrieben wird, wenn die Bodenstation plötzlich ausfallen sollte, etwa wegen eines Stromausfalls.

 

So klingt Chury

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Sounddesigner Manuel Senfft

Foto: Kleinschmidt/ Bestpixels.de

Der Komponist und Sounddesigner Manuel Senfft hat dem Kometen eine Stimme gegeben: Er bekam von den Weltraumphysikern der TU-Braunschweig alle Messdaten des Rosetta-Magnetometers vom 11. September 2014. Jede Sekunde hatte das Gerät das Magnetfeld des Kometen gemessen – insgesamt waren rund 85 000 Datensätze zusammengekommen. Der 27-jährige Wolfenbüttler hat diese Daten durch sein selbst entwickeltes Computerprogramm gejagt und dann damit herumexperimentiert.

Herausgekommen ist ein 90-Sekunden-Klangstück – der Gesang des Kometen. „Ursprünglich wollte ich einen Piepton erzeugen, aber das hörte sich nicht gut an“, sagt Manuel Senfft. „Jetzt ist es ein klackerndes Geräusch geworden, damit man wahrnimmt, wie sich der Ton durch den Raum bewegt: von rechts nach links und von vorn nach hinten. Das klingt sogar echt weltraummäßig.“

Was bedeuten die Namen?

Der Name Rosetta ist ein historisches Gleichnis“, erläutert der Braunschweiger DLR-Chef Joachim Block.Vor 200 Jahren gab es eine ungelöste Frage: Was bedeuten die ägyptischen Hieroglyphen ? Dann kam um 1800 Napoleon Bonaparte mit seiner Armee und einigen Gelehrten nach Ägypten. Sie entdeckten bei der Stadt Al-Rashid, die auf englisch Rosetta heißt, einen Stein mit einer Inschrift in dreifacher Ausfertigung: in griechisch, in demotisch und in ägyptischen Hieroglyphen. 

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Der Stein von Rosetta.

Foto: dpa

Die Gelehrten fanden heraus, dass es sich jeweils um den gleichen Text handeln musste – und so gelang es ihnen, die Hieroglyphen zu entziffern. Als Hilfsmittel haben sie noch einen anderen Obelisken mit Inschrift hinzugezogen – der stammte von der Insel Philae. Deshalb heißt der Lander Philae.“ Der Stein von Rosetta wurde Block zufolge zum Inbegriff für ein Beweisstück, für einen Schlüssel. Und deswegen habe die Europäische Weltraumagentur diesen Namen aufgegriffen: Der Komet ist wie ein Rosetta-Stein, um viele ungelöste Fragen zur Entstehungszeit unseres Sonnensystems zu lösen.

An Bord der Raumsonde befindet sich übrigens eine kleine Scheibe aus einer Nickellegierung, auf der mehr als 1500 Sprachen eingeätzt sind. Es handelt sich dabei um ein Langzeit-Archivprojekt aus den USA mit dem Ziel, die Sprachen der Welt für mehrere tausend Jahre zu speichern. Dieses Projekt bezieht sich ebenfalls auf den Stein von Rosetta. Sollte die Sonde in einer fernen Zukunft von Außerirdischen gefunden werden, so wüssten sie, wer der Absender war.

Ziel erreicht: die Landung

Großer Jubel: Am Nachmittag des 12. November 2014 landete das Mini-Labor Philae auf dem Kometen. Ein Meilenstein in der Geschichte der Raumfahrt: 510 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, bei 28 Minuten Kommunikationsverzögerung zwischen Erde und Raumsonde! Erstmals in der Geschichte der Raumfahrt sind damit Untersuchungen auf einem Kometen möglich. Bei der Landung gab es einige technische Probleme: Die zwei Harpunen, die Philae verankern sollten, zündeten nicht. Auch die Kaltgas-Düse war defekt, mit deren Hilfe Philae wegen der geringen Anziehungskraft des Kometen gegen den Boden gepresst werden sollte. Die Folge: Das Landegerät prallte insgesamt zweimal vom Boden ab und bewegte sich dabei rund einen Kilometer vom geplanten Landeplatz weg. Der neue Standort wirkt auf den Fotos sehr felsig und schattig. Philae landete dort offensichtlich in Schräglage – nur zwei seiner drei Beine haben Bodenkontakt.

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So soll es aussehen, wenn die Landung am 12. November gelingt.

Quelle: ESA/ATG medialab

Dennoch nahmen die Forschungsinstrumente im Moment des ersten Aufpralls automatisch ihre Arbeit auf und sendeten schon riesige Datenpakete über die Raumsonde zur Erde. Die Primärbatterie des Landegeräts ermöglichte einen Betrieb von etwa 60 Stunden. Das Mini-Labor soll aber eigentlich einige Monate auf dem Kometen forschen. Deswegen ist es mit Solarzellen ausgerüstet, über die ein Akku aufgeladen werden kann – allerdings ist der derzeitige Standort viel zu dunkel. Philae hat sich deswegen rund zweieinhalb Tage nach der Landung abgeschaltet und ist sozusagen in eine Art Tiefschlaf gefallen. Nun hoffen alle, dass mit der weiteren Annäherung des Kometen an die Sonne in den nächsten Monaten genügend Energie erzeugt werden kann: Es wird täglich heller und wärmer. Aber egal, was mit Philae geschieht – die Raumsonde Rosetta wird den Kometen bei seinem Flug um die Sonne unverändert begleiten.
Diese einzigartige Mission geht weiter!

 

ENDE

Titelbild: ESA–C. Carreau/ ATG medialab/ Montage: Erwin Klein