Techniklexikon

astronomische Sonden und Satelliten

Astronomiesatelliten, in den Weltraum beförderte Geräte, die für die astronomische Forschung eingesetzt werden. Man unterscheidet zwischen Satelliten, welche die Erde umkreisen, und Raumsonden (manchmal auch Tiefraumsonden genannt), die zu anderen Himmelskörpern im Sonnensystem gesandt werden. Eine andere mögliche Einteilung kann bezüglich ihres Einsatz in bestimmten Wellenlängenbereichen erfolgen, da insbesondere Satelliten zumeist für einen bestimmten Spektralbereich konstruiert sind. Satelliten und Raumsonden gehören zu den astronomischen Instrumenten, sie besitzen einen Primärempfänger, der die Strahlung sammelt, und Sekundärempfänger in Form eines oder mehrerer Detektoren zur Umwandlung der empfangenen Strahlung in elektrische Signale. Zudem verfügen sie über Telemetrieeinrichtungen, um ihre eigene Lage im Weltraum zu erkennen und zu verändern, sowie über Sendeanlagen, mit denen die Daten zur Erde gefunkt werden. Besonders die Raumsonden sind Multifunktionsgeräte mit optischen Detektoren, Spektrographen, Magnetometern usw., die möglichst viele Untersuchungen der Planeten und ihrer Satelliten ermöglichen sollen.

Die Ära der astronomischen Forschung im Weltraum begann Ende der fünfziger Jahre mit unterschiedlichsten Experimenten, die an Bord von Raketen auf eine ballistische oder enge Umlaufbahn gebracht und in der Regel wieder gelandet wurden. Vermessen wurde so beispielsweise die kosmische Strahlung und der Verlauf des irdischen Magnetfeldes, aber auch die ersten Röntgenquellen im Universum wurden auf Raketenflügen - eher zufällig - entdeckt.

Die USA und die damalige UdSSR sandten unbemannte Sonden zum Mond, welche die Oberfläche und Bodenbeschaffenheit untersuchten, und denen sich als ein Höhepunkt die bemannten Mondflüge des Apollo-Programms (1969-1975) anschlossen.

Sonden zur Venus und zum Mars folgten nach. Sie lieferten erste Aufnahmen der Wolkenhülle und der Oberfläche der Venus sowie Daten über ihre chemischen Zusammensetzung und der Oberflächentemperatur. Bilder der kraterzerklüfteten Marsoberfläche und Daten über seine extrem dünne Atmosphäre lieferten weitere Bausteine zur Erforschung der Planeten. Einen vorläufigen Höhepunkt erreichte die Planetenforschung 1976 in der erfolgreichen Landung der Raumsonde Viking auf dem Mars, der nach mehreren Fehlschlägen 1997 die Landung der Sonde Pathfinder folgte. Auch das grosse Swingby-Manöver der Voyager-Sonden, das an beinahe allen äusseren Planeten vorbeiführte, sowie das Eintauchen eines Atmosphärenmoduls der Sonde Galileo in die Gashülle des Planeten Jupiter zählen zu den grossen Erfolgen in der Planetenerforschung.

Die Tiefraumprojekte lieferten nicht nur beeindruckende Bilder von den äusseren Planeten, sondern auch Daten über Temperaturen, atmosphärische Zusammensetzungen und den zeitlichen und räumlichen Verlauf des Sonnenwindes am Rande des Sonnensystems. Die Epoche der Tiefraumsonden ist damit nicht vorüber. Kometen und Asteroiden wurden als Ziele zukünftiger Missionen gewählt, da man annimmt, dass sich in ihnen die Zusammensetzung der Gas- und Staubwolke widerspiegelt, aus denen sich die Sonne und die Planeten bildeten. Die ebenfalls geplante Sonde Pluto-Kuiper-Express soll den Pluto erreichen und so die Körper des Kuiper-Belts untersuchen.

Während sich die meisten Planetensonden Daten über das Sonnensystem liefern, zielen die Beobachtungen, die die astronomischen Satelliten von der Erdumlaufbahn aus vornehmen, weiter hinaus in den Kosmos. Da im Weltall keine Strahlung mehr durch die Atmosphäre absorbiert wird, sind Beobachtungen in allen Wellenlängenbereichen, vom Radiobereich bis hin zur Gammastrahlung, möglich. Zumeist werden die Satelliten jedoch für einen speziellen Spektralbereich konzipiert, wie etwa ROSAT für den Röntgenbereich oder ISO für die Infrarotastronomie, da so die Geräte und Detektoren besser aufeinander abgestimmt werden können. So müssen beispielsweise Infrarot-Teleskope mit flüssigem Helium auf etwa 4K gekühlt werden, da sonst ihre eigene thermische Strahlung die Detektoren blenden würde. Durch die Beobachtung heller Objekte verdampft immer wieder etwas Helium und geht verloren. Die Menge des mitgeführten Heliums begrenzt die Lebensdauer von Infrarot-Satelliten auf einen Zeitraum von einigen Monaten bis etwa einem Jahr. Der erste reine Infrarotsatellit war IRAS, der wichtige Ergebnisse zur Physik der Sterne, Staubwolken, Galaxien und Galaxienhaufen lieferte. Sein Nachfolger ISO ist seit Ende 1995 im Einsatz und lässt deutlich bessere Resultate erwarten.

Während die ersten Röntgensatelliten reine Teilchenzähler waren, in denen eine gitterförmige Unterteilung der Detektoren sowie Koinzidenzschaltungen eine eher grobe Richtungsauflösung ermöglichten, werden heute sogenannte Wolter-Teleskope eingesetzt. Sie bestehen aus hintereinander angeordneten verspiegelten Röhren mit hyperbolischen und parabolischen Oberflächen. Zur Vergrösserung der reflektierenden Oberfläche sind mehrere Röhren ineinander verschachtelt. Röntgenstrahlung wird an diesen Röhren mittels streifender Reflexion auf den Detektor im Brennpunkt der Spiegelflächen gelenkt. Dadurch erreichen Wolter-Teleskope Ortsgenauigkeiten, die an bodengebundene optische Teleskope heranreichen. Mit Hilfe von Wolter-Teleskopen wurde in den letzten Jahren eine Vielzahl bislang unbekannter Röntgenquellen entdeckt.

Ein weiterer Erfolg eines astronomischen Satelliten war die Vermessung der Anisotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung auf kleinen Winkelskalen durch COBE, die einen direkten Beweis für das Standardmodell der Kosmologie lieferte.

astronomische Sonden und Satelliten: Übersicht über einige astronomische Raumsonden und Satelliten.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 1.35pt 0cm 1.35pt\'> Wellenlängenbereich	Satellit/Raumsonde	Startdatum	Zielort im Sonnensystem	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 1.35pt 0cm 1.35pt\'> Internet-Adresse
Infrarot	IRAS (Infrared Astronomical Satellite)	26.1.1983	Erdumlaufbahn	http://www.ipac.caltech.edu/ipac/iras/iras.html
Infrarot	ISO (Infrared Space Observatory)	17.11.1995	Erdumlaufbahn	http://isowww.estec.esa.nl/
Infrarot	SIRTF (Space Infrared Telescope Facility)	2002 (P)	Erdumlaufbahn	http://sirtf.jpl.nasa.gov/sirtf/home.html
Infrarot	COBE (Cosmic Background Explorer)	1989	Erdumlaufbahn	http://ssdoo.gsfc.nasa.gov/astro/cobe/ cobe_home.html
Optisch	Hipparcos	8.8.1989	Erdumlaufbahn	http://astro.estec.esa.nl/SA-general/ Projects/Hipparcos/hipparcos.html
Optisch	HST (Hubble Space Telescope)	24.4.1990	Erdumlaufbahn	http://www.stsci.edu/stsci/index.html
Optisch	GAIA	> 2000 (P)	Erdumlaufbahn	http://nastol.astro.lu.se/ennart/gaia_rep9409/ gaia.html
Ultraviolett	IUE (International Ultraviolet Explorer)	26.1.1978	Erdumlaufbahn	http://iuewww.gsfc.nasa.gov/iue/iue_ homepage.html
Ultraviolett	EUVE (Extreme Ultraviolett Explorer)	2.6.1992	Erdumlaufbahn	http:://www.cea.berkeley.edu
Röntgen	EXOSAT	26.5.1983	Erdumlaufbahn	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/exosat.html
Röntgen	UHURU	12.12.1970	Erdumlaufbahn	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/uhuru.html
Röntgen	Einstein High Energy Astrophysics Observatory 2	13.11.1978	Erdumlaufbahn	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/heao2.html
Röntgen	ROSAT (Roentgen Satellit)	1.6.1990	Erdumlaufbahn	http://www.rosat.mpe-garching.mpg.de
Röntgen	AXAF (Advanced X-Ray Astrophysics Facility)	1998 (P)	Erdumlaufbahn	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/axaf.html
Gamma	Cos B	9.8.1975	Erdumlaufbahn	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/cosb.html
Gamma	CGRO (Compton Gamma Ray Observatory)	5.4.1990	Erdumlaufbahn	http://cossc.gsfc.nasa.gov/cossc/cossc.html
Gamma	Gamma	11.6.1990	Erdumlaufbahn	-
Multispektral	SOHO (Solar and Heliosperic Observatory)	2.12. 1995	Sonnenumlaufbahn	http://sohowww.nascom.nasa.gov/
Multispektral	Skylab	1973	Erdumlaufbahn	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/skylab.html
Multispektral	Shuttle	diverse	Erdumlaufbahn
Planetensonden	Mariner 4	28.11.1964	Mars	http://www.jpl.nasa.gov/missions/mariner4/
Planetensonden	Venera 9 Venera 10	8.6.1975 14.6.1975	Venus	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/venera910.html
Planetensonden	Meteosat 1 Meteosat 6	23.11.1977 20.11.1993	Erde	http://www.esoc.esa.de/external/mso/ meteosat.html
Planetensonden	Vega 1 Vega 2	15.12.1984 21.12.1984	Komet Halley	-
Planetensonden	Ranger	21.12.1961	Mond	http://www.jpl.nasa.gov/missions/ranger
Planetensonden	Phobos 1 Phobos 2	7..7.1988 12.7.1988	Mars/Phobos	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/phobos1.html
Planetensonden	Pioneer 10 Pioneer 11	2.3.1972 5.4.1973	Sonnensystem	http://pyroeis.arc.nasa.gov/pioneer/Pnhome. html
Planetensonden	Voyager I Voyager II	5.9.1977 20.8.1977	Sonnensystem	http://vraptor.jpl.nasa.gov/voyager/voyager.html
Planetensonden	Viking I Viking II	20.8.1975 9.9.1975	Mars	http://www.jpl.nasa.gov/mip/viking.html
Planetensonden	Magellan	4.5.1989	Venus	http://www.jpl.nasa.gov/magellan/
Planetensonden	Galileo	18.10.1989	Jupiter	http://www.jpl.nasa.gov/galileo/
Planetensonden	Giotto	2.7.1985	Halley	http://www.hawastsoc.org/solar/eng/giotto.htm
Planetensonden	Suisei	18.3.1985	Halley	http://www.hawastsoc.org/solar/eng/suisei. htm
Planetensonden	Pathfinder	4.12.1996	Mars	http://www.jpl.nasa.gov/mpfmir/default1.html
Planetensonden	Cassini	15.10.1997	Saturn	http://www.jpl.nasa.gov/cassini
Planetensonden	Ulysses	6.10. 1990	Jupiter/ Sonne	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/ulysses.html
Planetensonden	Zond 1	2.4.1964	Mond	http://www.hawastsoc.org/solar/eng/zond3. html
Planetensonden	NEAR (Near Earth Asteroid Rendevous)	17.2.1996	Asteroiden	http://heasarc.gdfc.nasa.gov/docs/heasarc/ missions/near.html
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 1.35pt 0cm 1.35pt\'> Planetensonde (bemannt)	bottom: solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 1.35pt 0cm 1.35pt\'> Apollo 11	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 1.35pt 0cm 1.35pt\'> 16.7.1969	bottom: solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 1.35pt 0cm 1.35pt\'> Mond	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 1.35pt 0cm 1.35pt\'> http://www.hawastsoc.org/solar/eng/apo11. html

 

Die Beobachtung der Sonnenaktivität und des Sonnenwindes durch die Raumsonde SOHO ermöglicht nicht nur ein besseres physikalisches Modell der Sonne, sondern auch Vorhersagen darüber, ob und wann die elektrisch geladenen Teilchen des Sonnenwindes auf der Erde auftreffen und hier zu Störungen beispielsweise im Funkverkehr oder gar bei der Stromversorgung führen.

Eine Reihe von Satelliten sind im Bau bzw. geplant. So soll beispielsweise ein Laserinterferometer auf einer Raumsonde stationiert werden, das ständig die Distanz zur Erde misst. Dadurch erhält man nicht nur genaue Informationen über die Störungen, welche die verschiedenen Mitglieder des Planetensystems auf die Erde ausüben, sondern kann gleichzeitig die Erde selbst als Gravitationswellendetektor benutzen. Andere Planungen sehen vor, Teleskoparrays in eine Umlaufbahn zu bringen, mit denen sich extrasolare Begleiter bis zur Grösse der Erde noch in einigen Parsec Entfernung beobachten lassen sollten. Auch soll die Apertur des Very Long Baseline Arrays (VLBA) durch ein Radioteleskop in einer weiten Umlaufbahn bedeutend erweitert und so das Auflösungsvermögen der im VLBA zusammengeschalteten Radioteleskope beträchtlich gesteigert werden.  [GR1]