Sonde in Umlaufbahn des Planeten Juno und die Geheimnisse des Jupiter
Washington · Seit diesem Dienstag umkreist die Nasa-Sonde Juno den Gasriesen Jupiter. Sie soll die Geheimnisse des Giganten in unserem Sonnensystem lüften und klären, wie unser Sonnensystem und unsere Erde entstanden sind.
Zwischen den gewaltigen, bunten Wolkenbändern sticht der "Große Rote Fleck" hervor. Fast wirkt das seit Jahrhunderten recht stabile Hochdruckgebiet wie das Auge des obersten römischen Gottes Jupiter, dem Namensgeber des größten Planeten unseres Sonnensystems ist. Rund 780 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt ist der Gasriese mit einem Äquatordurchmesser von knapp 143.000 Kilometer so groß, dass unsere Erde mehr als 1000 Mal in ihm Platz finden würde. Und mehr als 20 Jahre nachdem die Raumsonde Galileo Jupiter erreicht hatte, erhält der Gigant mit der 300-fachen Erdmasse nun erneut Besuch von der Erde: Juno, benannt nach der Gattin Jupiters, hat nach einem fünf Jahre währenden Flug des Gasriesen erreicht.
Dabei hat die Sonde 2,8 Milliarden Kilometer zurückgelegt und in der Schlussphase, als die Schwerkraft des Jupiter immer stärker wurde, eine Spitzengeschwindigkeit von 250.000 Kilometer pro Stunde bezogen auf die Erde erreicht — was Juno zu einer der schnellsten von Menschen gebauten Raumschiffe macht.
Um in eine Umlaufbahn um den Gasriesen einzuschwenken, musste die Sonde in der Nacht zu Dienstag extrem abgebremst werden. Sie war dabei auf sich allein gestellt. Signale von der Sonde zur Erde sind 48 Minuten unterwegs. Das ist zu lang, als dass im Notfall das Nasa-Team noch eingreifen könnte. Es war eine der kritischsten Phasen der gesamten Mission. Die Sonde streifte dabei den Jupiterring. Anders als beim Saturn ist der nicht so ausgeprägt und beeindruckend. Aber er ist vorhanden und besteht auf feinen Staubkörnern, die angesichts der Geschwindigkeit der Sonde bei einer Kollision eine verheerende Durchschlagskraft haben. Die Unwägbarkeit für die Nasa war, dass über diesen "Trümmerring" nur punktuell Daten vorliegen — aus denen die Wissenschaftler ein Modell der Verteilung des Staubs berechnet haben. Sicher konnten sie sich indes nicht sein, ob sie einen sicheren Kurs gewählt hatten.
In der ersten Phase wurde die Sonde über 35 Minuten nun so weit abgebremst, dass sie über den Jupiter-Nordpol in einen Orbit um die Pole einschwenken konnte. Für einen Umlauf wird Juno nun 53,5 Tage benötigen. Das aber ist noch nicht die endgültige Flugbahn. Das Ziel wird sein, im Oktober bei einem zweiten Bremsmanöver den finalen Orbit mit einer Umlaufzeit von 14 Tagen zu erreichen. Diese Bahn wird die 3,5 Meter hohe und 3,5 Meter durchmessende, sechseckige Sonde bis zu 4200 Kilometer an die oberste Wolkenschicht des Gasriesen führen.
Dieser Orbit um die Pole hat den Vorteil, dass der Strahlungsgürtel, der wie eine Art Reifen um den Jupiter-Äquator liegt, weitestgehend vermieden wird. Seine Ursache liegt im Magnetfeld des Planeten, in dem geladen Teilchen bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und dann diese Strahlung erzeugen. Juno wird diesen Gürtel indes nur durchstechen und dann großräumig umkreisen. Und dennoch wird die Sonde im Laufe ihrer Mission so viel Strahlung ausgesetzt sein, wie bei 100 Millionen Zahnarzt-Röntgenuntersuchungen in einem Jahr. Die Instrumente und der Computer sind darum in einer 18 Kilogramm schweren Titan-Box mit zehn Millimeter dicken Platten untergebracht.
Diese Bahn um die Pole sorgt auch dafür, dass Juno sich mit seiner sechseckigen Form stets so ausrichten kann, dass seine 18.698 Solarzellen in Richtung der Sonne zeigen — um die Sonde mit Strom zu versorgen. Und die sind hocheffiziente, strahlungsresistente Neuentwicklungen an drei insgesamt neun Meter langen und 2,65 Meter breiten Armen. In der Erdumlaufbahn würden sie 14 Kilowatt Leistung generieren. Nur ist Jupiter fünfmal so weit von der Sonne entfernt wie unsere Heimat, und damit sinkt Strahlungsintensität auf ein 25stel des Wertes in der Erdumlaufbahn. Rund 500 Watt werden im Orbit um den Gasriesen noch erzeugt. Das aber macht Juno zur ersten Sonde, die sich so weit entfernt von der Sonne nur auf Solarzellen verlässt. Bereits am 13. Januar hatte sie den Rekord der europäischen Rosetta-Mission gebrochen, als sie sich in 793 Millionen Kilometer Entfernung von der Sonne nur auf Solarstrom verließ. Rosetta erreichte "nur" 792 Millionen Kilometer.
Das Einmaleins der Planeten
Möglich wird das, weil die Nasa Energie so effizient wie möglich einsetzt — und vor allem in den knapp drei Stunden der größten Annäherung an den Jupiter. Dann werden die Instrumente die Winde in der Atmosphäre, die Temperaturverteilung und ihre Zusammensetzung sowie den Wasseranteil messen. Andere Sensoren erfassen das Magnetfeld des Giganten, das etwa die 20-fache Stärke des Erdmagnetfeldes erreicht. Die Daten liefern Hinweise, was dieses Feld erzeugt und wie es unter der dichten Wolkendecke aussehen mag. Aber die Sonde wird noch mehr tun: Leichte Schwankungen der Jupiter-Schwerkraft werden erfasst, um herauszufinden, wie sich die Masse unter den Wolken verteilt. Damit wird die Sonde ihrem Namen gerecht: Juno konnte in der Mythologie durch die Wolken blicken und stets ihren Mann Jupiter erkennen, der auf der Erde gerne in anderer Gestalt auftrat.
Die große Frage, die von der Sonde geklärt werden soll: Hat Jupiter einen festen Kern oder nicht? Die Antwort auf diese simpel erscheinende Frage würde uns Vieles über die Entstehung des Sonnensystems verraten: Jupiter besteht aus den beiden leichtesten Elementen des Universums, Wasserstoff und Helium. Aus ihnen hat sich in der Gaswolke, die am Anfang unseres Sonnensystems stand, auch unsere Sonne gebildet.
Die Theorie ist, dass in der chaotischen Anfangsphase unseres Systems vor 4,5 Milliarden Jahren die damals noch junge Sonne die leichten Elemente mit ihrer Strahlung nach außen drängte. Doch was geschah dann? Hatten sich bereits feste, eisige Klumpen gebildet, die den Wasserstoff und das Helium mit ihrer damals minimalen Schwerkraft an sich banden und so zu den Gasriesen wurden?
Oder konzentrierten sich in der chaotischen Frühphase Wasserstoff und Helium an einigen Stellen, um dann immer mehr der flüchtigen Gase an diesen "Konzentrationspunkten" zu binden, bis sie unter ihrer eigenen Masse kollabierten und sich daraus Planeten formten? Juno soll das herausfinden, um so auch erklären zu können, wie am Ende unsere irdische Heimat entstehen konnte. Der Vorteil des Jupiter ist, dass er anders als unsere Erde quasi aus dem unveränderten Proto-Material der Entstehung unseres Sonnensystems besteht. Die Lösung seiner Rätsel verraten uns so etwas über unseren Ursprung und woher möglicherweise das Wasser und die Kohlenstoffverbindungen kamen, die unser Leben möglich machten.
Schwarze Löcher, ferne Galaxien, explodierende Sonnen
Und wann sieht man von dieser Mission beeindruckende Bilder? Bis auf der Erde erste hoch aufgelöste Aufnahmen zu sehen sein werden, wird es dauern. Derzeit sind alle Instrumente zu ihren und dem Schutz der Sonde abgeschaltet. Frühestens zwischen dem 26. Und 28. August kommt Juno dem Jupiter dann so nahe, dass sich Bilder lohnen. Bis die dann aber gezeigt werden, kann es noch dauern.
Sie werden aber veröffentlicht werden. Rechtzeitig, bevor die 1,1-Milliarden-Dollar-Mission im Februar 2018 nach rund 18 Monaten und 37 Jupiter-Umläufen ihr Ende findet. Juno wird 2018 kontrolliert in der Jupiter-Atmosphäre verglühen. Mit Absicht. So will die NASA verhindern, dass Juno auf einem der Monde des Gasriesen zerschellt und die Oberfläche mit Bakterien von der Erde verseucht.
Mit der Sonde werden auch die drei Lego-Figuren an Bord, die Jupiter, Juno und Galileo darstellen, verglühen. Und die sechs Gramm schwere Aluminium-Plakette, die Galileo Galileis Porträt zeigt sowie eine Passage aus jenem Werk, in dem der italienische Astronom 1610 seine Beobachtungen des Jupiter mit einem Fernrohr festgehalten hatte. Dabei entdeckte er die vier größten Monde des Gasriesen, die dann Io, Europa, Ganymed und Kallisto genannt wurden. Unter anderem auch diese Beobachtung führte Galilei zu der Erkenntnis, dass unsere Erde sich um die Sonne dreht — wie die Jupitermonde um den Gasriesen.
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