Juno-Mission der NASA: Nach 5 Jahren, 1,8 Milliarden Meilen Flug, ein 3-sekündiger Piepton

Darauf werden NASA-Wissenschaftler am 4. Juli um 23.53 Uhr ET achten – 9.23 Uhr IST am 5. Juli – wenn das Funksignal, das den Eintritt der Raumsonde Juno in die Umlaufbahn des Jupiter markiert, die Erde erreicht. Die nächsten 20 Monate, die Juno im Griff von Jupiter verbringt, werden voraussichtlich das Wissen über den Planeten revolutionieren

Wie groß ist der Kern des Jupiter? Ist es steinig? Wie ist die atmosphärische Struktur? Rotiert er als fester Körper oder bewegt sich sein Inneres mit einer anderen Geschwindigkeit? Juno kann Antworten geben.

Stellen Sie sich einen Planeten mit mehr als 60 Monden vor, mit einem 25.000 Kilometer tiefen unterirdischen Ozean aus metallischem Wasserstoff, ohne festen Untergrund, mit Wolken aus Ammoniak, mit massiven Stürmen, die mehrere hundert Jahre andauern und mit Windgeschwindigkeiten von 400 Meilen pro Stunde und mit einer Magnetfeld 20.000 mal so stark wie die Erde. Willkommen bei Jupiter, der neuen Grenze der menschlichen Erforschung des Sonnensystems.

In den letzten Jahrzehnten gab es eine Flotte von Missionen zum Mars – aber mit Juno beginnt die NASA eine brandneue Reise in die Geheimnisse des Jupitersystems. Mars und Erde sind sich in vielerlei Hinsicht ähnlich. Sie gehören zur Familie der vier Planeten vom Merkur bis zum Mars, die terrestrische Planeten genannt werden – Mars und Erde bestehen also aus Silikatgestein und haben weitgehend ähnliche Oberflächen-, Innen- und Atmosphärenprozesse. Daher weisen Winderosion, vulkanische Prozesse, die geochemischen Prozesse und die Geophysik des Planeteninneren auf Erde und Mars viele Gemeinsamkeiten auf. Bevor der Mars seine Atmosphäre und sein Wasser verlor, waren sich Mars und Erde sogar noch ähnlicher – mit fließendem Wasser aus Flüssen, Bächen und katastrophalen Überschwemmungen und den nachfolgenden Landschaftsformen, die durch Wassererosion entstanden.

Mit Jupiter treten wir aus unserer vertrauten Umgebung der terrestrischen Planeten in die relativ neue Umgebung der Gasriesen ein. Jupiter und Saturn sind Gasriesen – gebildet jenseits der Frostgrenze, wo Wasser und flüchtige Gase zu festen Körnern kondensieren und Teil von Planeten werden können.

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Im frühen Sonnensystem wurden Planeten aus dem die Sonne umgebenden Gasnebel gebildet – Planeten, die sich innerhalb der Frostgrenze bildeten, bestanden größtenteils aus Gestein. Planeten wie Jupiter, die relativ zur Frostgrenze nach außen geformt wurden, enthielten hauptsächlich Gas und flüchtige Stoffe. Jupiter besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und hat im Gegensatz zu Erde und Mars keine felsige Oberfläche. Der Planet besteht aus Wasserstoffgas, das dichter wird, wenn wir in Richtung des Planeteninneren vordringen.

Ein riesiger Ozean aus metallischem Wasserstoff besetzt die Region über dem Kern des Jupiter. Jupiter ist etwa 300-mal so massiv wie die Erde. Es hat vier große Monde und mehr als 60 kleinere Monde. Ganymed, der größte Satellit des Jupiter, ist auch der größte Mond im Sonnensystem. Interessanterweise ist Ganymed auch größer als der Planet Merkur und hätte daher leicht als Planet klassifiziert werden können, wenn er die Sonne und nicht den Jupiter umkreist hätte!

Auch die Monde des Jupiter haben ihren eigenen Anteil an aufregenden Möglichkeiten. Europa und Ganymed zum Beispiel scheinen massive unterirdische Salzwasserozeane unter einer Eisschicht zu haben. Können die Ozeane auf Europa und Ganymed Leben beherbergen? Beide Ozeane sind unterirdisch – also haben sie vermutlich noch nie Sonnenlicht gesehen. Würde das Leben in einer solchen Umgebung überleben? Entgegen der landläufigen Meinung sind die Ozeane auf der Erde in Dunkelheit getaucht – mit Ausnahme der ersten 1000 Meter Tiefe. Doch in der aphotischen Zone der Ozeane der Erde, in die kein Licht eindringt, finden wir eine erstaunliche Vielfalt an Lebensformen. Es ist daher nicht ganz unvorstellbar, dass in den unterirdischen Ozeanen dieser Jupitermonde Leben existieren könnte.

Bisher gab es 7 Vorbeiflug-Missionen von Jupiter: Pioneer 10 (1973), Pioneer 11 (1974), Voyager 1 und 2 (1979), Ulysses (1992), Cassini (2000) und New Horizons (2007). Nur eine Raumsonde, Galileo, ist in die Umlaufbahn um Jupiter eingetreten (von 1995-2003). Obwohl mehrere Missionen Jupiter untersucht haben, bleiben grundlegende Fragen zu seiner Entwicklung unbeantwortet. Wir wissen zum Beispiel nicht, wie groß der Kern des Jupiter ist. Ist der Kern steinig? Wie ist die atmosphärische Struktur? Jupiter dreht sich trotz seiner enormen Größe alle 10 Stunden um seine Achse – dreht er sich als fester Körper oder bewegt sich das Innere des Jupiter mit einer anderen Geschwindigkeit?

Juno, die zweite Raumsonde, die Jupiter umkreist, wird die vielen unbeantworteten Fragen genauer definieren. Juno wird uns in einem größeren Zusammenhang helfen zu verstehen, wie Jupiter entstanden ist – und damit auch, wie das Sonnensystem entstanden ist.

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Obwohl Juno sich mit wissenschaftlichen Fragen befassen wird, ist die Mission ein Schaufenster futuristischer Technologie. Die Raumsonde wird in einer beispiellosen Strahlungsumgebung operieren. Daher müsste die Elektronik in einem Titangehäuse von der Größe eines großen Schranks geschützt werden. Im Gegensatz zu den meisten Raumschiffen, die ins äußere Sonnensystem reisen, wird Juno nicht mit Kernenergie, sondern mit Sonnenenergie betrieben. Der Betrieb im Solarenergiemodus ist keine geringe Leistung bei einer Entfernung von fünfmal der Entfernung Erde-Sonne – was bedeutet, dass die Sonne am Jupiterhimmel viel kleiner ist als von der Erde. Um ausreichend Strom zu erzeugen, müssen die Sonnenkollektoren auf Juno daher vergleichsweise groß sein. Somit ist jedes der drei Solarpanels so hoch wie ein dreistöckiges Gebäude. Selbst bei sehr großen Sonnenkollektoren beträgt die Leistung magere 500 Watt – oder die Leistung, die zum Anzünden von fünf 100-Watt-Glühbirnen aufgewendet wird.

Die Geschwindigkeit der Juno, wenn sie am 4. Juli in die Umlaufbahn des Jupiter eintritt, wird etwa 275-mal höher sein als die einer Boeing 747. Juno hatte eine einzigartige Flugbahn, um Jupiter zu erreichen: Nach dem Start flog sie an der Umlaufbahn des Mars vorbei und kehrte für einen Vorbeiflug an der Erde zurück , bevor es zum Jupiter geht. Aufgrund dieses indirekten Ansatzes wird Juno 1,8 Milliarden Meilen zurücklegen – das ist das 15-fache der kürzesten Entfernung zwischen Erde und Jupiter. Tatsächlich hätte die Reise zum Jupiter 343 Jahre gedauert, wenn die Geschwindigkeit der Raumsonde der Geschwindigkeit eines kommerziellen Jetliners entsprochen hätte.

Juno wird hoffentlich eine neue Grenze bei unserer Erforschung des Sonnensystems öffnen. Sowohl die Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde als auch die Europäische Weltraumorganisation haben bereits Folgemissionen zum Jupitersystem geplant. Die ESA wird 2022 den Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) starten, und die NASA hat das Mandat für eine Mission zum Jupitermond Europa in den 2020er Jahren. Die Europa Clipper-Mission der NASA wird einen Orbiter und einen Lander umfassen – was den ersten ehrgeizigen Versuch darstellt, ein Raumfahrzeug im äußeren Sonnensystem zu landen.

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