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Zusammenfassung IPR WS2011/12
1 – Einführung
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Meiste Missionen zum Mars
50 bemannte Raumflüge, 6 Mondlandungen
Sonne umkreist Milchstraßenzentrum mit 240 km/s
Sonnensystem 4,56 Mia Jahre alt, entstand aus Staub/Gaswolke, Verdichtung durch Supernova
Bildung einer Sonne durch Kernfusionsprozesse
Kondensation von Metallen  Bildung Planetesimale
sonnennahe Planetesimale verloren durch Sonnenwinde leichte Bestandteile  vier terrestrische
Planeten
Kondensation der leichten Bestandteile in äußeren Bereichen des Sonnensystems 
Großplaneten (früher „Gasplaneten“ wegen äußerer Hülle)
Zwischen Mars und Jupiter Bildung eines Asteroidengürtels
Reste Planetesimale: Bildung Kuiper-Gürtel
Kometen aus gefrorenem Gas wurden aus Sonnensystem herausgeschleudert  Oortsche Wolke
Sonne hat 99,865% der Masse im Sonnensystem
Astronomische Einheit = Mittlerer Abstand Sonne Erde = 150 Mio. km
Mein Vater Erklärt Mir Jeden Sonntag Unseren Nachthimmel
Mein Vater Erklärt Mir An Jedem Sonntag Unsere Natürliche Kosmische Ordnung
SONNE: Durchmesser: 1,4 Mio km, 5700K
MERKUR:
VENUS: T=570°C, p=90bar, 97%C02
ERDE+MOND 384.000km, 1/6g, Mond ist Kollisionsprodukt
MARS: 6800km, 95%CO2, 3-9bar, Polkappen aus Eis, 2 eingefangene Monde, Olympus Mons
27km Höhe, Monde Phobos und Deimos
ASTEROIDENGÜRTEL, Trennung innere / äußere Planeten
JUPITER: größter Planet, 4 größte Monde (Io, Europa, Ganymed, Calisto), „roter Fleck“ =
Sturmgebiet größer als die Erde
SATURN: Ringplanet, Mond Titan (mit Atmosphäre)
URANUS: Rotationsachse um 98° gekippt
NEPTUN: bläuliche Atmosphäre
(PLUTO: Zwerg“planet“)
KUIPER-GÜRTEL: liegt hinter Neptun  „Trans-Neptun-Objekte“ TNOs
OORTSCHE WOLKE: Herkunftsort der Kometen, Kugelschale um Sonne, Abstand 100.000AE
2 – Sonne
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d = 1,4 Mio. km T=5700K, 74% Wasserstoff, 25% Helium
Fusionsprozesse, Energiefreisetzung, Massedefekt = 4,3t/s
Sonnenspektrum: Fraunhofer’sche Linien
Photosphäre: 30km dicke Schicht der Sonne die Licht absondert („Oberfläche“)
Sonnenflecke: magetische Störungen, 2000K kälter
Chronosphäre: Gasschicht, bis 500.000K, nur mit Instrumenten sichtbar  Korona
Sonnenwinde: geladene Teilchen
Coronal Mass Ejections: Gasausbrüche, verstärken Sonnenwinde
Historische Missionen: SOLRAD, OSO, Skylab, Helios 1+2
Thermischer Schutz: passiv (Beschichtungen, Isolationen MLI, Wärmesenken), aktiv (Blenden,
Radioatoren, Kühler, Heat pipes)
 Sonde Ulysses: erster Flugkörper außerhalb der Ekliptik
 Radioisotopenbatterie: Nutzung von Zerfallswärme von Pu238 und U234  Stromerzeugung
Thermoelement
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3 – Merkur und Venus
 MERKUR:
 0,39AE, schwer zu beobachten, extreme klimatische Herausforderungen, möglichst geringe
Absorption
 Resonanz in Rotation  1 Merkurtag = 2 Merkurjahre
 sehr hohe Dichte  Eisenkern, schwaches Magnetfeld, Hinweise auf Eis an den Polen
 Historische Mission: Mariner 10 (Kameras, Magnetometer, Teilchen/UV/IR-Spektrometer)
 In Planung: BepiColombo (EU) (Geologie, Magnetfeld, Exosphäre)
 3 gestapelte Module: 2x Raumsonde, 1x Antrieb
 Ionentriebwerk für Merkurtransfer (spez. Impuls: Schubkraft / Treibstoffgewichtsdurchsatz)
 VENUS:
 0,71AE, retrograd
 Oberfläche Hügelig, 3 Vulkanregionen
 Atmosphäre: 90bar, 96% CO2, T=470°C, hohe Windgeschwindigkeiten, Wolken aus
Schwefelsäure, reflektieren 80% des Sonnenlichts
 Erste Landung: 1970 Venera 7 (CCCP), (1-3 Verluste, 4 Vorbeiflug+Eintrittskapsel, 5+6 Versagen
Eintrittskapsel) (8-10: Untersuchung Wolken, Boden, Druck, Bilder) (13,14 Boden Dichte, Bohrer)
 Magellan, 1989  Aufnahmen Oberfläche, Messungen Gravitationsfeld
4 – Mond 1
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Wernher von Braun 1952: „Superbooster“ (übernommen von CCCP: N1 Herkules)
Kegelrakete  8°
Heiße Trennung / Kalte Trennung
Strukturmassenverhältnis = Brennschluss- / Startmasse (Saturn V  0,06)
Treibstoff: Forderung nach Elementen niedriger Molmasse
Ziel der Russen: 1974 bemannt zum Mars, nicht vor 1970 bemannt zum Mond
Aber: 1957 Kurswechsel, Ziel 1967 3Mann-Expedition Mond
NASA 1962: Lunar Orbit Rendezvous-Methode  Apollo
Start mit Saturn V (Startmasse 3000t, Startschub 3500t, Nutzlast 140t)
Apollo 13, Explosion Sauerstofftank
“Okay Houston, we’ve had a problem here.” – Nachfrage CapCom, Wiederholung: „Houston, we’ve
had a problem“
 Antriebsproblem CCCP: Flüssigtreibstoff in 1.Stufe, Verlust von 40% Nutzlast im Vergleich zu
Saturn V
 CCCP: Konstruktion einer N1 Herkules als Mondlanderakete, aber Chefkonstrukteur Koroljow stirbt
 CCCP: Planung eines Mondrovers „Lunochod“  1970: Lunochod 1, 1973: Lunochod 2
5 – Mars 1
 1,52AE, d = fast Erdradius, 6-10bar, 95%CO2, ca. 1/3g, 2 Monde Deimos, Phobos (Furcht und
Schrecken)
 Mars-Oppostitonen: kürzester Abstand Erde-Mars alle 780 Tage
 Valles Marineris: größter Canyon des Sonnensystems (4000km lang, 4km tief)
 Olympus Mons: größter Vulkan des Sonnensystems, 1000km Basisdurchmesser, 27km Höhe)
 Niedrig-Energie-Transfer zum Mars: Elliptische Flugbahn (230 Tage) , Aufenthalt 520 Tage,
Elliptischer Rückflug 190 Tage  940 Tage
 Erste Sonden: CCCP: Mars 1960A+B, Sputnik 22+24 1962
 Erste Lander: CCCP Mars1+2 1971, Misserfolge
 Vorbeiflüge NASA: Mariner 4,6,7 1964, 1969
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Erster Orbiter: Mariner 9, 1971, Kartographierung 80% Oberfläche
1973: „Marsangriff“ CCCP: Mars 4,5,6,7 (alle bis auf wenige Fotos Totalverluste)
1975: NASA: Viking 1+2 (Orbiter + Lander)  erste erfolgreiche weiche Landung
Letzter russischer Versuch: PHOBOS1+2 1988 - Versagen
1996: PATHFINDER: Sonde + Rover
6 – Mars 2
 Mars Global Surveyor (1996-2006): Oberfläche, Magnetfeld, Suche für Landeplatz, Einbremsen in
Marsumlaufbahn
 Mars Surveyor Orbiter (1998): Einschlag wegen Einheitenfehler
 Mars Odyssey 2001: Strahlungsmessung, Suche nach H2-Verbindungen  H2O an Polen
 Phoenix Mars Lander 2007: Suche nach Leben, Untersuchung Klima, Geologie
 Mars Express 2003: High Resolution Stereo Camera (3D-Umrechnung möglich), OMEGA
(Spektrometer zu mineralogischer Untersuchung)  Nachweis von Wasser
 Mars Rover Spirit/Opportunity 2003/04 (Geologie, Oberfläche, Wasser) „Rock Abrasion Tool“:
Freilegung frischen Gesteins für Spektrometer)
 Mars Reconnaisance Orbiter 2005: Kartographierung (20cm/pixel), Suche nach Wasser
 Geplante Missionen: Fobos Grunt (RUS): Sample Return von Phobos, Curiosity (USA): Rover,
MAVEN (USA): Orbiter, Mars Sample Return (USA, EU): Lander mit Rückkehrstufe
 Menschen zum Mars, möglich, aber teuer. Hohmann-Transfer, geringster Energieverbrauch, aber
Start nur alle 2 Jahre möglich (auch Rückflug!)
7 – Asteroiden und Kometen
 Planetenentstehung: Kollaps Gas-Staub-Wolke, Bildung Protostern und Planetesimale, Aufsaugen
Restmaterial
 Asteroiden und Kometen sind Überreste des Baumaterials
 Kuiper-Gürtel (Mars – Jupiter) und Oortsche Wolke (TNOs)
 Kometenkerne: Silikate und gefrorene flüchtige Materialien (Schweif: Auswurf von Gas/Staub)
 Kirkwood-Lücken: leere Zonen und Umlaufbahnverteilung, deren Umlaufzeiten im ganzzahligen
Verhältnis zu der des Jupiters stehen  Verstärkung der Gravitationsstörung, Änderung der
Umlaufbahn
 Hayabusa: Erkundung des erdnahen Asteroiden Itokawa
 Erkungung über Teleskope, Problem groß+dunkel oder klein/hell
 Durchmesser >100/200/1000m, Krater 2/4/20km, regionale/nationale/globale Zerstörung
 Rubble Pile (englisch für Schutthaufen) ist in der Planetologie eine informelle Bezeichnung für
einen Asteroiden, der aus zahlreichen kleineren „Brocken“ besteht und nur durch die Gravitation
lose zusammengehalten wird.
 YORP-Effekt: Entstehung eines Drehmoment durch unterschiedliche Sonnenreflektion  durch
Fliehkräfte Aufweitung des Asteroids (Rubble Piles) am Äquator
 Ab bestimmter Rotationsgeschwindigkeit: Ablösung von Material und Bildung eines neuen Rubble
Piles  binäres System  Doppelkrater auf Erde und anderen Planeten
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8 – Jupiter
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5,2AE, d = 142.000km, T=-160°C, Atmosphäre 75% H2, 65 Monde
Größter Planet, fester Kern, Hauptmasseanteil flüssiges metallisches H2  starkes magnetfeld
Äußere Schichten: H2, He
Jupiter strahlt mehr Wärme ab als von Sonne eingestrahlt wird  gravitationelle Kompression des
Planeten  erzeugt Konvektion  wahrs. Erklärung für komplizierte Strömungen
Magnetfeld 20mal stärker als das der Erde
Roter Fleck: Sturmsystem
4 Gruppen von Monden; in 2. Gruppe: „Galileische Monde“, Hauptmonde z.B. Io (vulkanisch
hochaktiv), Europa (Oberfläche: Eisschollen, darunter evtl. Ozean, Nachweis Salzwasser),
Ganymed (Metall, Eis, Metall, Magnetfeld) , Callisto (Metall, harte Eisoberfläche, sehr flache
Krater)
Missionen: Pioneer 10+11 (1974,75), Voyager 1+2 (1979), Ulysses, Galileo, Cassini
Voyager 1: Funksignal braucht aktuell 32h hin- und zurück
Gravity-Assist / Swing-By / Fly-By = Nutzung der Bahnenergie des Planeten zur Änderung der
Flugbahn der Raumsonde, Beschleunigung/Abbremsung bzgl. Heliozentrischem System möglich
Sonde Galileo 1989: Swing-Bys und Flug zum Jupiter (Staubdetektor, Magnetometer, Kamera, IRSpetrometer, Eintauchsonde: T, p, Dichte, Gase, Partikel, Elektronen, H2/O2), Ankunft 1995
New Horizons 2007
Geplant: Laplace: Orbiter um Europa und Ganymed
9 – Zukünftige Mondmissionen
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NASA: Rückkehr zum Mond bis 2020, evtl. Basis für Weiterflüge
Bisher: 81 Missionen, 9 davon bemannt
Hauptuntersuchungen: kosmische Strahlung, sichtbares Spektrum, Oberflächenanalyse
 eigentlich nicht viel bekannt
Forschungsziel: Wasser! (Treibstoffprodutkion?)
Lunar Reconnaissance Orbiter 2008: Strahlung, Topographie, Temperatur, Wasservorkommen,
Landestellen
Google Lunar X-Prize: Ausschreibung für kommerzielle Missionen
Lunare Entwicklungsphasen: Erkundung (permantente Sonden, automatische Ressourcennutzung,
bemannte Expeditionen, Infrastruktur in Orbit und auf Mond) und Stationen (Temporärer /
Permanenter Außenposten, Mondsiedlung)
Bedarf an neuem Transportsystem
bla bla bla
10 – Saturn bis Pluto
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SATURN:
9,54AE, d = 120.000km, T=-180°C, Atmosphäre 75%H2 25%He, >30 Monde
Merkmal: ausgeprägtes Ringsystem und zahlreiche Monde
Ringe: Innendurchmesser: 130.000km, Außendurchmesser 960.000km, ABER Dicke = 500m
Gravitationsgradient zwischen Innen- und Außendurchmesser führt zu Zerreißen von Kleinkörpern
und Ringbildung
 Größter Mond: Titan (2.größter Mond im Sonnensystem, Größer als Merkur/Pluto), 1,5bar, -180°C
 Titan ähnelt der Erde vor Miliarden Jahren, Druck 1,5bar, Atmosphäre N2, Produktion organischer
Stoffe möglich  Mission notwendig
 Voyager 1 bisher einzige Sonde die so weit geflogen ist. Passage Termination Shock 2004
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 Der Termination Shock bezeichnet die erste der äußeren Grenzen des Sonnensystems. Die
Grenze befindet sich dort, wo die Partikel des Sonnenwindes durch die Wechselwirkung mit dem
interstellaren Gas abrupt abgebremst und aufgeheizt werden. (wiki)
 Cassini-Huygens 1997-2008: Untersuchung der Monde, Huygens: Atmosphäre von Titan
 Cassini: optische-/Mikrowellen-/Felder,Wellen,Teilchen-/Interdisziplinäre Experimente
 Erste Bilder von Ringen, Encke-/Cassini-Teilung
 Wassereis im A-Ring
 Titan: Methanwolken und Wetter
 URANUS
 19,2AE, T = -216°C, Atmosphäre 83%H2 15%He, 21 Monde
 Entdeckt 1781 von Herschel
 Fast keine Details sichtbar, blaue Färbung, da Methan in Atmosphäre rotes Licht absorbiert
 Wichtigstes Merkal: Neigung der Rotationsachse von über 90°
 Kern (Gestein, Eis), Mantel (Wasser, Methaneis), Atmosphäre (H2, He, Methan), Wolkenschicht
 Voyager 2 1986: Ringsystem mit Monden
 NEPTUN:
 30AE, d = 50.000km, -218°C, Atmosphäre H2, H3, CH4, 13 Monde
 1989 Voyager 2
 Meerblaue Farbe (Methan absorbiert rotes Licht), Merkmal: großer roter Fleck
 Größter Mond Triton; gebundene retrograde Rotation, nähert sich in Spiralbahn, wird zerissen
werden, kältestes Objekt im Sonnensystem mit -235°C
 PLUTO:
 40AE, d = 2345km, -223°C
 Plutoid (Unterklasse Zwergplaneten), Objekt des Kuipergürtels, kleiner als Erdmond
 Bewegt sich auf elliptischer Bahn
 Vier-Körper-System: Pluto Nix Hydra Charon
 Besonderheit: Pluto und Charon umkreisen sich gegenseitig, Rotationszentrum des Systems liegt
außerhalb von Pluto
 Einziger Planet der noch nicht von Sonde besucht wurde  Ankunft Sonde New Horizons 2015,
danach Weiterflug in den Kuiper-Gürtel
 Ziele: Geologie, Kartopraphierung, Atmosphäre
 Sondenkommunikation über das Deep Space Network (USA, AUS, ESP)  Telemtriedaten,
Kommandos, Messen Position/Geschwindigkeit, Sammlung Daten
 2010: Voyager 1 durchfliegt Heliosphäre (mit Ende Heliopause)  keine Sonnenwinde mehr,
Einfluss Sonne schwindet, Radius Heliosphäre 110-150AE
 Die Heliosphäre ist der weiträumige, interplanetare Bereich um die Sonne, in dem der Sonnenwind
mit seinen mitgeführten Magnetfeldern wirksam ist. In diesem Bereich des Sonnensystems
verdrängt der Teilchenstrom der Sonne die interstellare Materie. Der Radius der Heliosphäre wird
auf etwa 110 bis 150 Astronomische Einheiten (AE) geschätzt.
 Die theoretische Grenze der letzten materiellen Einwirkung des Sonnenwindes auf das interstellare
Gas wird Heliopause genannt, da dort alle direkte solare Einwirkung endet. Hier vermischen sich
die Partikel des Sonnenwindes mit dem interstellaren Gas und haben keine erkennbare
herausstechende Strömungsrichtung im Vergleich mit dem die Heliosphäre umgebenden Gas.
(wiki)
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