Galileo (Raumsonde)

aus Freepedia, der freien Wissensdatenbank

Die Raumsonde Galileo wurde am 18. Oktober 1989 von der NASA gestartet, um den Jupiter und seine Monde zu untersuchen. Wichtigster Partner war die Bundesrepublik Deutschland, die das Triebwerk (Messerschmitt-Boelkow-Blohm) und drei wissenschaftliche Instrumente beisteuerte. Ihren Namen hat die Sonde von dem italienischen Erfinder und Naturwissenschaftler Galileo Galilei.

Mission

Noch nie war der Planet Jupiter direkt angeflogen worden. Zwar flogen schon vier Raumsonden an ihm vorbei (Pioneer 10 und 11 und Voyager 1 und 2) aber sie konnten durch den Vorbeiflug nur Momentaufnahmen liefern. Das sollte sich mit Galileo ändern. Es sollte eine permanente Raumstation um Jupiter kreisen um sowohl den Planeten selbst als auch dessen Monde zu beobachten.

Vor dem Eintreffen sollte eine Tochtersonde abgekoppelt werden, die in Jupiters Atmosphäre eindringen und verschiedene Daten über Temperatur, Druck, Windgeschwindigkeit und chemische Zusammensetzung liefern sollte. Dabei sollte die Muttersonde als Relaisstation die Informationen zur Erde funken.

Start

Am 18. Oktober 1989 war es so weit. Die Raumfähre Atlantis brachte Galileo in die Erdumlaufbahn, wo sie ausgesetzt wurde. Galileo musste, bevor sie ihre Reise zum Jupiter antreten konnte, drei Swing-by-Manöver durchführen, um durch die Anziehungskräfte der Planeten Venus und Erde Schwung zu holen. Im Februar 1990 flog sie in 16.000 km Entfernung an Venus vorbei, Anfang Dezember des selben Jahres passierte sie die Erde das erste mal und zwei Jahre später nocheinmal. Währenddessen konnte sie atemberaubende Bilder von der Venus, aber auch der Erde zur Bodenstation senden.

Auf dem Weg zum Jupiter passierte Galileo die Asteroiden Gaspra (1991, nur 1.600 km Entfernung) und Ida (1993), wobei detaillierte Aufnahmen der Himmelskörper entstanden. Bei letzterem wurde erstmals ein Asteroidenmond entdeckt, der 1-2 km große Brocken wurde Dactyl genannt.

Shoemaker-Levy 9 Einschlag

Ein Jahr später konnte Galileo einem dramatischen Ereignis beiwohnen. Der Komet Shoemaker-Levy 9 schlug am noch 238 Millionen km entfernten Jupiter ein. Trotz der Distanz konnte Galileo einzigartige Bilder von den direkten Einschlägen einfangen, die auf der erdabgewandten Seite stattfanden. Auf der Erde selbst konnte man nur die Auswirkungen beobachten, nachdem sich der Planet weitergedreht hatte.

Probleme

Doch es gab auch große Probleme zu bewältigen. Als Mitte April 1991 die Bodenstation den Befehl zum Entfalten der 4,8 Meter großen Parabolantenne funkte, ließ sich diese nur teilweise entfalten. Damit war die Möglichkeit der Übertragung mit mehr als 130 kbit/s unmöglich geworden. Man versuchte die Entfaltung mehrere tausend Mal, aber vergebens. Die Sonde wurde so umprogrammiert, dass die empfangenen Daten sowohl auf dem Zentralrechner, als auch auf einem Bandrekorder zwischengespeichert wurden und danach portionsweise von der viel schwächeren Rundantenne zur Erde gefunkt wurden. Auch hier gab es weitere Probleme: Der Umspulmechanismus der Magnetbänder blieb öfters stecken, doch konnte das Band immer wieder zum Laufen gebracht werden.

Beginn der Erforschung

In 82 Millionen km Entfernung zum Jupiter trennte sich im Juli 1995 die Tochtersonde vom Mutterschiff. Am 7. Dezember 1995 war die Reise zu Ende. Mit einer Geschwindigkeit von 170.000 km/h tauchte die Tochtersonde in einem Winkel von ca. 9° in die Atmosphäre des Jupiter ein. Innerhalb von nur zwei Minuten wurde die Geschwindigkeit auf 3.000 km/h abgebremst, wobei die maximale Verzögerung der Sonde 230 g betrug. Das Material des Hitzeschilds wurde fast vollständig abgetragen, wobei Temperaturen von bis zu 16.000 °C auftraten, doch die empfindlichen Instrumente blieben unbeschadet. In rund 40 km Höhe bei 0,35 bar Druck öffnete sich der Bremsfallschirm.

Jupiter ist ein Gasplanet. Die Dichte der Atmosphäre steigt mit zunehmender Tiefe. In welcher Tiefe die Übergänge zu flüssig und fest stattfinden, ist nicht bekannt. In Analogie zur Erde definierte man das Nullniveau auf den Wert von 1 bar.

Der Hitzeschild wurde abgeworfen und die Messungen begannen. In einer Tiefe von 50 km unter dem Nullniveau konnten Windgeschwindigkeiten von über 500 km/h gemessen werden. Diese Winde traten aber nicht nur horizontal auf, sondern es gab auch stärkste Fallwinde und Turbulenzen in der Senkrechten. Und das, obwohl die Sonde in einem „Schönwettergebiet“, in dem der Nephelometer (Nebelmesser) klares Wetter registrierte, niederging.

Der Funkkontakt brach ca. eine Stunde nach Eintritt in einer Tiefe von 160 km ab. In den letzten Sekunden registrierte die Sonde einen Druck von 22 bar und eine Temperatur von 152 °C.

Währenddessen lenkte sich die Muttersonde nach einer 50-minütigen Haupttriebwerkszündung in ein elliptisches Jupiterorbit. Der jupiternächste Punkt (Perijovum) betrug 185.000 km und der entfernteste (Apojovum) 19,3 Millionen km. Das Apojovum wurde im März 1996 durchflogen, und mit einer 24-minütigen erneuten Triebwerkszündung wurde das Perijovum auf 786.000 km angehoben, denn man wollte vermeiden, dass die Sonde durch die von Io ausgehende Strahlung gefährdet wird. Die weiteren Umläufe wurden in jeweils verschiedenen Bahnen durchgeführt, um die Jupitermonde besser beobachten zu können.

Erkundung der Monde; Verglühen 2003 im Jupiter

Die Sonde konnte uns nicht nur gestochen scharfe Bilder von Jupiter sondern auch von dessen Monden zur Erde schicken. Es wurden nicht nur Wasserozeane unter der Eiskruste von Europa entdeckt, sondern auch Vulkane auf Io. Sowohl Io, der von den Gezeitenkärften Jupiters ständig durchgeknetet wird, als auch der größte Mond unseres Sonnensystems, Ganymed, besitzen ein starkes Magnetfeld. Dies lässt auf Eisenkerne in ihrem Innern schließen.

Der Missionsteil bei Jupiter war ursprünglich nur für 23 Monate bis Dezember 1997 geplant, wurde aber dann insgesamt dreimal verlängert, da Geräte und Triebwerk einwandfrei funktionierten und gute Ergebnisse erwarten ließen. Als Cassini-Huygens Ende 2000 auf dem Weg zum Saturn den Jupiter für eine Swing-by-Beschleunigung nutzte, gelangen interessante Parallelmessungen.

Am 21. September 2003 wurde Galileo in die Jupiter-Atmosphäre gelenkt, da die Sonde wegen Treibstoffmangel später nicht mehr lenkbar gewesen wäre. Es bestand die Gefahr, dass Galileo auf den Mond Europa stürzen und ihn mit terrestrischen Bakterien verunreinigen könnte. Dies hätte künftige Missionen zur Erforschung von Lebensspuren auf den Jupitermonden erschwert.

Maße

Orbiter mit Startgewicht von 2.233 kg und einer max. Länge von 5,3 m
Insgesamt 18 wissenschaftliche Instrumente (15 aus den USA, 3 aus Deutschland) zur Untersuchung der UV-Strahlung, der Magnetfelder und elektrisch geladener Teilchen
Kamerasystem mit 20- bis 1000fach höherer Auflösung als bei den Vorgängermissionen Voyager 1 und 2

Ergebnisse

Erste direkte Messung der Jupiteratmosphäre
Nachweis von flüssigem Salzwasser unter der Oberfläche der drei Jupitermonde Europa, Ganymed und Callisto.
Nachweis starker vulkanischer Aktivitäten auf Io, die 100 Mal stärker sind als auf der Erde
Erster Vorbeiflug an einem Asteroiden (Gaspra am 29. Oktober 1991).
ein Magnetfeld auf Ganymed