Kometen Missionen » Stardust

Autor: Christoph H. Sohn

Mit Stardust widmen die USA erstmals eine Mission allein einem Kometen. Außerdem wird nach den Apollo-Flügen das zweite Mal in der Geschichte der Raumfahrt Materie von einem anderen Himmelskörper zu wissenschaftlichen Untersuchungen zur Erde gebracht. Grund dafür ist, dass es derzeit keine Möglichkeit gibt, solch kleine Partikel ausschließlich von Computern untersuchen zu lassen. Im Jahr 2006, wenn die Proben des Kometenstaubs auf der Erde ankommen, werden wir dann erfahren, welche Erkenntnisse uns die 165 Millionen US-Dollar teure Mission letztlich einbringt.


Zielkomet: 81P/Wild-2

Das ausgewählte Ziel der amerikanischen Stardust-Mission ist der 1978 entdeckte Komet Wild-2. Der 5,4 Kilometer große Himmelskörper umkreist die Sonne in 6,39 Jahren ein Mal und entfernt sich dabei bis zu mehr als 5 AE von ihr. Bis wenige Jahre vor seiner Entdeckung war Wild-2 ein sogenannter langperiodischer Komet. Verändert wurde seine Umlaufbahn, als er sich am 10. September 1974 dem Jupiter bis auf 897 400 Kilometer näherte. Durch die Gravitationskräfte des Planeten wurde er abgelenkt und befindet sich seitdem auf seiner jetzigen Umlaufbahn.


Missionsverlauf

Am Abend des 7. Februar 1999 startete eine Delta-II Rakete vom Weltraumbahnhof Cape Canaveral in Florida mit eintägiger Verspätung ins Weltall. An Bord war die Sonde Stardust, der nun eine 3,2 Milliarden Kilometer lange und 5 Jahre dauernde Reise durch unser Sonnensystem bevorstand. Während ich diesen Bericht schreibe, hat Stardust bereits einen Großteil ihres Weges zurückgelegt und befindet sich mit dem eingesammelten Staub des Kometen Wild-2 auf ihrem Rückweg zur Erde.

Insgesamt umkreist Stardust zwischen dem 7. Februar 1999 und der Rückkehr zur Erde Anfang 2006 drei Mal die Sonne. Während der ersten Runde sammelte die Sonde zwischen Ende Februar und Ende Mai 2000 erstmals interstellare Materie ein. Dabei stellten die Missionsplaner auf der Erde fest, dass der „Staubfänger“ funktioniert.

Im November 2000 war die Sonde solarem Teilchenwind ausgesetzt: Durch die Partikel war die Navigationskamera, die ihren Aufenthaltsort anhand von hellen Objekten am „Himmel“ ermittelt, desorientiert. Stardust schaltete sich automatisch in den Stand-By-Modus, wie es für solche Fälle vorgesehen war, und wartete auf Befehle von der Erde. Als sich der Teilchensturm gelegt hatte, funktioniert die Navigation wieder und der Orbiter setzte seinen Kurs fort.

Am 15. Januar 2001 fand, wie geplant, ein Swing-By an der Erde statt. Hierzu nutzt die Sonde die Gravitation eines anderen Himmelskörpers um neuen Schwung zu holen oder in eine andere Bahn einzuschwenken. Stardust näherte sich während des Manövers der Erde bis auf 5 950 Kilometer. Dabei schoss die Kamera einige Fotos vom Mond und bewies damit, dass sie nicht nur navigieren kann. Mit dem Swing-By vollendete Stardust die erste Runde um die Sonne.

Sozusagen als Generalprobe flog am 2. November 2002 die Sonde 3 300 Kilometer an dem Asteroiden 5535 Annefrank vorbei. Dabei wurde entdeckt, dass Annefrank zweimal größer ist als man bisher annahm. Von August bis Dezember des gleichen Jahres wurde erneut interstellarer Staub eingefangen, in der selben Region, wie schon 2000.

Im Juli 2003 passierte die Sonde auf ihrer Umlaufbahn die Stelle, an der sie vor zwei Jahren und fünf Monaten an der Erde vorbeiflog. Damit startete sie ihre dritte Runde um die Sonne. Ihrem Heimatplaneten begegnete sie allerdings nicht, da der zu diesem Zeitpunkt an einem völlig anderen Ort auf seiner Umlaufbahn war.

In dieser dritten und letzten Runde sollte die Sonde den Zielkometen Wild-2 anfliegen. Das erste Mal gesichtet wurde er am 13. November 2003. Zu diesem Zeitpunkt war Stardust 25 Millionen Kilometer von dem Objekt entfernt. Der Aerogel-Kollektor wurde am 24. Dezember ausgefahren. Die sogenannte Koma, die den Kometenkern umgebende „Hülle“, die von außerhalb als der innerste Teil des Schweifs sichtbar ist, erreichte Stardust an Silvester 2003. Dabei musste die Sonde zum Schutz gegen die Staub- und Gaspartikel mit Metallplatten, dem sogenannten Whipple-Shield, geschützt werden.

Bis zum 2. Januar arbeitete sie sich bis auf ca. 240 Kilometer zum Kern vor und sammelte währenddessen 20 Gramm Staub ein. Die Kamera schoss – obwohl, wie erwähnt, hauptsächlich zur Navigation bestimmt – über 70 Fotos, die nach Meinung von Experten die besten Bilder von Kometen sind, die jemals aufgenommen wurden. Zum Zeitpunkt des „Rendezvous“ war Wild-2 fast 389 Millionen Kilometer von der Erde und ca. 279 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt.

Inzwischen ist Stardust wieder auf dem Rückweg zur Erde, wo der Orbiter am 15. Januar 2006 mit der gesammelten Materie eintreffen soll. Dann wird die sogenannte Rückkehrkapsel von der Sonde getrennt und in die Erdatmosphäre eintreten. Dabei wird die Kapsel sehr stark erhitzt. Wenn die „heiße Phase“ vorbei ist, öffnet sich ein Fallschirm, der sie – mehr oder weniger – sanft landen lässt. Die Landung findet auf dem Gebiet der amerikanischen Luftwaffe statt, in der „Utah Test and Training Range“.

Nach der Bergung der Kapsel wird das Aerogel mitsamt dem eingefangenen Staub ins „Johnson Space Center“ der NASA gebracht. Nachdem der Staub aus dem Aerogel befreit wurde, kann er von Wissenschaftlern untersucht werden.

Hier sehen Sie, wo Stardust sich im Augenblick befindet:



Aufbau und wissenschaftliche Instrumente

Stardust hat ein Gewicht von 380 Kilogramm (auf der Erde), was vergleichsweise wenig ist. Die eigentliche Sonde ist 1,6 Meter mal 0,7 Meter groß, hinzu kommen die Solar Arrays von jeweils 5 Metern Länge. Bemerkenswert sind die Whipple-Shields, die das Raumfahrzeug beim Einsammeln des Kometenstaubs schützen sollen.

Der Star der ganzen Mission ist aber ein Material, das zu 99,8 Prozent aus Luft besteht: das auf Siliziumdioxid basierende Aerogel. Der „Blaue Rauch“, wie der vom Jet Propulsion Laboratory entwickelte Stoff wegen seines geisterhaften Aussehens auch genannt wird, hat sich während der Mission Mars Pathfinder und bei verschiedenen Shuttle-Flügen bewährt. Wegen der geringen Dichte des Aerogels bleibt der Kometenstaub in dem Material stecken, ohne beschädigt zu werden. Das Aerogel befindet sich im tennisschlägerförmigen Aerogel Sample Collector, der zum Aufsammeln des Staubs ausgefahren wurde. Der Collector kam nach seinem Einsatz in die Sample Return Capsule, die im Januar 2006 auf der Erde landet.

Die Navigation Camera (Nav-Cam oder NC) diente hauptsächlich der Navigation, ihr gelangen daneben aber auch hochaufgelöste Bilder vom Kometenkern. Die Brennweite der Kamera beträgt 200 Millimeter. Außerdem ist ein Periskop eingebaut, durch das die Nav-Cam fotografierte, als sich Stardust in der Koma des Kometen befand und die Instrumente durch die Whipple-Shields geschützt wurden.

Der Cometary and Interstellar Dust Analyzer (CIDA) fängt Staub ein und analysiert ihn. Dazu misst er die Geschwindigkeit der Ionen: schwerere Ionen brauchen mehr Zeit um eine bestimmte Strecke zurückzulegen als leichtere. Die Ergebnisse der Messungen werden sofort zur Erde gefunkt. Ein dem CIDA ähnliches Gerät wurde zuvor bereits bei den Missionen Vega und Giotto eingesetzt.

Mithilfe des Dust Flux Monitor (DFM) wird hauptsächlich die Umgebung der Sonde überwacht, um vom Kometenstaub ausgehende mögliche Gefahren zu erkennen.

mehr: stardust.jpl.nasa.gov