DAWN - Eine Reise zu den Anfängen

Welche Rolle spielt Wasser in der Evolution der Planeten? Die Einschätzung dieser Frage ist eine der zentralen Aufgaben der DAWN-Mission. Dazu ist einiges an Aufwand nötig, denn um Aufschluss über die Frühgeschichte unseres Sonnensystems und seiner Planeten zu erhalten, ist die Erkundung möglichst ursprünglicher Körper unerlässlich.

Eine hohe Anzahl solcher Protoplaneten – also die Vorläufer des „ausgewachsenen" Planeten, die im Entwicklungsstadium zwischen den sogenannten Planetesimalen und den fertigen Planeten stehen, findet man in einem Gebiet zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter, dem Asteroidengürtel. In ihm konzentrieren sich in einem Bereich von etwa 2,0 bis 3,4 Astronomischen Einheiten (300 – grob 525 Mio. km Sonnenentfernung) bislang mehr als 400.000 bekannte Asteroiden und Kleinplaneten. Trotz dieser großen Anzahl an bekannten Objekten im Hauptgürtel erreicht ihre Gesamtmasse nur etwa 5% der des Erdmondes, oder knapp ein Drittel der Plutomasse.  

Die beiden massivsten Körper Ceres und Vesta sind es dann auch, die innerhalb der DAWN-Mission die Hauptrolle spielen. Genauso wie bei den anderen Gürtelobjekten, störte und unterband in der Frühphase der Entstehung des Sonnensystems der immer mächtigere Jupiter durch seinen Schwerkrafteinfluss die Ausformung der Gürtelobjekte zu einem ausgewachsenen Planeten. Über Ceres weiß man, dass es sich um eine primitive und feuchte Welt handelt, während sich Vesta als trockener differenzierter Asteroid mit einer basaltischen Kruste, ultramafischem (einer Art magnetischen) Mantelgestein und, wie man aus der mittlere Dichte schließen kann, mit einem Eisen-Nickel-Kern darstellt. Dieser Aufbau des Objektes, der dem der terrestrischen Planeten so stark ähnelt, unterscheidet Vesta gleichzeitig von allen anderen Mitgliedern des Hauptgürtels. Unter den „primitiven Körpern" versteht man in diesem Zusammenhang wenig veränderte und daher ursprüngliche Körper.

Im inneren Bereich des Gürtels (zwischen 2,0 und 2,5 AE) dominieren helle silikatreiche Objekte, die im Laufe ihrer Geschichte teilweise oder sogar vollständig aufgeschmolzen wurden. In einem weiteren Abstand dominieren die dunklen kohlenstoffhaltigen Asteroiden, die wohl aus einer Eis-Gestein Mischung unter mäßiger Erhitzung hervorgegangen sind. Im äußeren Bereich schließlich treten dann Objekte auf, die in ihrer Geschichte offenbar kaum nennenswert erhitzt wurden, so dass auf ihren Oberflächen noch Eis vorhanden sein könnte. Mit zunehmendem Abstand von der Sonne ist also die Entwicklung von Objekten mit komplexer geologischer Vergangenheit bis hin zu primitiven Körpern feststellbar, die noch in Struktur und Natur den Planetesimalen aus der Kinderstube des Sonnensystems entsprechen, was sowohl Ceres, als auch Vesta zu prominenten Zielen macht, wenn es darum geht, eine Reise zu den Anfängen des Sonnensystems zu unternehmen.

                             Ceres layers

Auf Ceres vermutet man das Vorhandensein von aktiven hydrologischen Prozessen, die wohl zu saisonal ausgebildeten Polkappen führen. Außerdem mag der Zwergplanet über eine dünne permanente Atmosphäre verfügen. Einzigartig im Astroidengürtel. Vesta weißt hingegen stark magnetisiertes Gestein auf, dessen Erforschung viel über die komplexen Zusammenspiele planetarer Magnetfelder und deren Dynamoeffekte verraten kann und grade auch im Hinblick auf diesbezügliche offene Fragestellungen bei Merkur, Mars und nicht zuletzt auch der Erde nicht uninteressant ist.

Auch im Hinblick auf das Verständnis der entwicklungshistorischen Vergangenheit extrasolarer Planetensysteme kann DAWN eine wichtige Rolle spielen, wenn die ersten Momente des Sonnensystems belastbar beherrscht werden und dadurch eine bessere Kenntnis der Umstände und Konditionen vermittelt wird, unter denen sich die Planeten formten. Dazu gehört natürlich auch die Bestimmung der Grundbausteine und ihrer Verteilung in der Frühphase, aus denen die heutigen Planeten und Kleinkörper bestehen. Von besonderem Interesse ist darüber hinaus die Charakterisierung in Bezug auf Formation und Entwicklung von Ceres und Vesta, die zwei völlig unterschiedliche evolutionäre Pfade im Verlauf ihrer Vergangenheit genommen haben, bzw. was zu diesen konträren „Lebensentwürfen" beigetragen haben mag.

Hinsichtlich der Hauptmission trat DAWN ein schweres Erbe an, denn schon Mitte/Ende der 1980er Jahre gab es relativ weit ausgereifte Pläne einer russisch-französischen Mission zum Asteroidengürtel mit dem Namen VESTA, die auf die gesammelten Erfahrungen der 1984 gestarteten Vega 1 und Vega 2 aufbauen sollte, die am 06. März 1986 und 09. März 1986 eine Passage am Kometen Halley vollführten. Vor dem Hintergrund der Wirrungen rund um den Zusammenbruch der damaligen Sowjetunion gelange dieses Vorhaben jedoch nie zu Ausführung.

                               Mars from DAWN 

Und auch der Start von DAWN verlief alles andere als reibungslos. Im November 2005 wurden die weit fortgeschrittenen Missionsvorbereitungen wegen Kostenüberschreitungen gestoppt, um im Frühjahr des Folgejahres über eine endgültige Einstellung oder Fortsetzung der Mission zu entscheiden. Anfang März 2006 strich man die Mission und beschloss die Einlagerung der schon in weiten Teilen fertiggestellten Sonde.

Keine drei Wochen später vollzogen die Entscheidungsgremien eine Rolle rückwärts und nahmen das Programm wieder auf. Es sollte jedoch nicht die einzige Klippe bleiben, die auf dem Weg zum Hauptgürtel umschifft werden musste und so stockte allen Beteiligten der Atem, als sich ein ungesichertes Werkzeug in der Montagehalle - der Newtonschen Physik gehorchend- auf den kurzen Weg von der Werkbank zu einem Solarsegel machte und dieses durchschlug. Im weiteren Verlauf des Jahres 2007 montierte man dann die Sonde zunächst an die Spitze einer Trägerrakete, schraubte sie kurze Zeit später wieder ab, lagerte sie ein und verschob den Start um drei Monate. Wieder auf ihren Spitzenplatz gesetzt, gelang dann am 27.09.2007 ein erfolgreicher Start von Florida aus.

                       Damage at sun array

Seit dem Mars-Flyby Mitte Februar 2009 gleitet die Sonde nun weiter auf ihrem Orbit um die Sonne. Während der größten Annäherung zum Planeten wurden bei dieser Gelegenheit auch gleich einige Aufnahmen von der Marsoberfläche nahe des Terminators (Schatten-, oder Tag-Nacht-Grenze) gewonnen. Die dazu verwendete Kamera wurde übrigens vom Max-Plack-Institut für Sonnensystemforschung in Kaltenburg-Lindau in Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, bzw. dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (TU Braunschweig), entwickelt.

                         Framing Cam

Alles in Allem durchläuft DAWN derzeit eine etwas ruhigere Phase auf ihrer Reise, in der lediglich einige Routine Checks auf dem Arbeitsprotokoll zu finden sind. Daher ist vielleicht auch nicht das, was DWAN getan hat, sondern, was sie nicht getan hat, besonders erwähnenswert.

Am 21. März hat ein Hochenergiepartikel an einem nicht genau bekannten Platz irgendwo draußen im Raum zwischen Mars und Hauptgürtel unter Umständen, über die bestenfalls spekuliert werden kann, zu seiner eigenen ganz speziellen Weltraumtour eingecheckt. Und zwar auf DAWN. Das Teilchen schlug in die Sonde ein und erreichte die elektronischen Komponenten im Inneren. Die Energie, die dem Teilchen irgendwann in Zeit und Raum mitgegeben wurde, übertrug sich durch den Einschlag und löste einen Kurzschluss innerhalb eines Untersystems des getroffenen Bauteils aus.

Etwas Ähnliches passierte schon einmal und zwar am 14. Januar 2008. Die aufgrund dieses Ereignisses ausgelöste Kettenreaktion führte seinerzeit schließlich zum zwischenzeitlichen Abschalten der Sonde, bzw. zum Wechsel in den sogenannten „Save Mode". Das Wechseln in den Sicherheitsmodus ist eine Prozedur, die in vielen unerwarteten oder problematischen Situationen als Reaktion vorgesehen, nicht jedoch zwingend notwendig bei Vorkommnissen, die durch Weltraumstrahlung (also beispielsweise hochenergetische Gammastrahlung) verursacht werden, ist.

Unter dem Eindruck des 14. Januar und limitierter Ressourcen, sowohl im finanziellen, als auch besonders im zeitlichen Budget, unterzog man einzelne Komponenten einer Art Gefahrenkalkulation. (Ein Wiederanfahren und ein zuvor notwendiger kompletter System Check gestaltet sich sehr zeitintensiv) Ziel war es, einen verfeinerten Maßnahmenkatalog zu erstellen, denn mit Einschlägen weiterer hochenergetischer Partikel muss natürlich während der gesamten Missionsdauer gerechnet werden.

Ein entsprechender Patch wurde im Juli 2008 überspielt, und auch hierbei lagen Kosten-Nutzenkalkulationen zugrunde. Zwar ist eine Simulationssequenz mit anschließender Erstellung eines neuen Computerprogramms samt Übermittlung zu Sonde zeit- und kostenintensiv, jedoch überwiegt der zu erwartende Nutzen der Anpassung während der Missionsdauer.

Die neue Software hatte ihre Feuertaufe nun mit dem Einschlag vom 21. März 2009. Auch dieses Mal wurde die Software, wie schon am 14.01.2008, über ein Problem informiert, reagierte jedoch nicht mit dem maximalen Mittel, DAWN in den Save-Modus zu versetzen, sondern entschied sich nach eigenständig durchgeführter Analyse nonchalant dafür, lediglich eine kurze Hinweisnachricht im Rahmen der routinemäßigen Statusmeldungen mit abzusetzen.

Derzeit befindet sich DAWN etwa 330 Millionen km von der Erde, also ca. 875 Mal so weit wie der Mond, oder 2,2 Mal so weit wie die Sonne, entfernt. Bis zur Ankunft bei Vesta sind es noch 847 (Erd)Tage.