Reise ins innerste Sonnensystem - Institut für Experimentelle und
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Reise ins innerste Sonnensystem Robert F. Wimmer-Schweingruber Institut für Experimentelle und Angewandte Physik Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Extraterrestrische Physik Saturday Morning Physics, 6. 11. 2004 Übersicht I Warum ins innere Sonnensystem? I I I Ursprung des Sonnensystems Erforschung von Merkur Erforschung der Sonne und Heliosphäre I Heliosphäre I Sonne I Solar Orbiter: Eine Mission ins innerste Sonnensystem I Zusammenfassung Entstehung des Sonnensystems I Entstehung des Sonnensystems I Vergleichende Planetologie I Untersuchungen der Sonne Entstehung von Merkur • erst ein (3) Mal kurz besucht (Mariner 10) • starke Kraterbildung • sehr hohe Dichte • Magnetfeld! • kalte polare Regionen • Exosphäre Die Dichteanomalie von Merkur Entstehungsort oder Giant Impact? Die Dichteanomalie von Merkur Entstehungsort oder Giant Impact? MEGASIMS auf BepiColombo • leicht (1kg) • hohe Auflösung • großer dynamischer Bereich • hohe UV Unterdrückung • hohe räumliche Auflösung • internationale Kooperation Die Zusammensetzung der Sonne und die Entstehung des Sonnensystems Isotope im Sonnenwind: Genesis Isotope im Sonnenwind: Genesis Isotope im Sonnenwind: Genesis Struktur der Heliosphäre • große “Plasmablase” im LISM • komplexe 3-d Struktur • Randbedingungen? • =⇒ inneres Sonnensystem • =⇒ äußeres Sonnensystem Struktur der Sonne Der magnetische Zyklus der Sonne I Der magnetische Zyklus der Sonne II: Einfluss auf die Erde? Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Ziele für eine Mission ins innere Sonnensystem • Erforschung von Merkur −→ BepiColombo • solare Ereignisse • solare Korona • polare Regionen • Korotation • solare Neutronen Korotation: Die Keplerschen Gesetze Die Keplerschen Gesetze: • Ellipsenbahnen • Flächensatz • T12 : T22 = a13 : a23 Solare Neutronen • Neutronen sind instabil • Halbwertszeit • Zeitdilatation • je näher, desto besser • Kernreaktionen in Korona Wie kommt man ins innere Sonnensystem? • Leistung • Kommunikation • Thermalhaushalt (25S !) • Masse • Antrieb • Kalibration Raketengleichung Heiße Brenngase entströmen bei konstanter Brennrate ṁ mit einer Geschwindigkeit v0 . Die Masse der Rakete nimmt mit der Zeit ab: m(t) = m0 − ṁt. Auf die Rakete wirkt neben der Gravitationskraft F = m(t) · g auch die Kraft, die durch die ausströmenden Gase auf sie entsteht, denn F = ṗ: Ftot = (m0 − ṁt) a(t) = ṁv0 − (m0 − ṁt) g. Raketengleichung II (heute fakultativ) Wir formen um und integrieren nach der Zeit (m0 − ṁt) a(t) = ṁv0 − (m0 − ṁt) g ṁ v0 − g ẍ(t) = a(t) = (m0 − ṁt) Z t Z t ṁ v − g ẋ(t) = v (t) = dt 0 ẍ(t 0 ) = dt 0 0 (m0 − ṁt 0 ) 0 0 Z t ṁ v (t) = v0 dt 0 − gt (m − ṁt 0 ) 0 0 m0 − gt v (t) = v0 ln m0 − ṁt Kalibration: die Kieler Kalibrationsanlage Kalibration: die Kieler Kalibrationsanlage Kalibration: die Kieler Kalibrationsanlage Bisherige Missionen ins innere Sonnensystem Org. NASA DLR/NASA Name Mariner 10 Helios I und II Ziel Merkur Sonnenwind, innere Heliosphäre Zeit 1974/1975 1974-1986 Zukünftige Missionen ins innere Sonnensytem Org. NASA ESA ESA NASA NASA Name Messenger BepiColombo Solar Orbiter Solar Sentinels Solar Probe Ziel Merkur Merkur innere Heliosphäre, Sonne Weltraumwetter Sonne und Korona Start 2004 2011 2013 2015? ???? Dank • R. Müller-Mellin (CAU) • S. Böttcher (CAU) • L. Seimetz (CAU) • E. Marsch (MPS Lindau) • M. Schüssler (MPS Lindau) • R. Wiens (Los Alamos) • D. McComas (SwRI, San Antonio) • A. Posner (SwRI, San Antonio) • T. Zurbuchen (UMich) • G. Managadze (IKI, Moskau) • E. Möbius (UNH, Durham) • Solar Orbiter SDT (ESA) • Solar Sentinels STDT (NASA) • TRACE • SOHO EIT und LASCO • ESA • NASA • Land Schleswig-Holstein • CAU • DLR, DFG • Familie
