Spacecraft: ESA/ATG medialab; Jupiter: NASA/ESA/J. Nichols (University of Leicester); Ganymede: NASA/JPL; Io: NASA/JPL/University of Arizona; Callisto and Europa: NASA/JPL/DLR
Erforschung von Jupiter und seinen Eismonden
Der Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) soll den Planeten Jupiter und seine Monde systematisch erforschen. Die Sonde wird dabei die Struktur, Dynamik und Zusammensetzung der Atmosphäre des Jupiters sowie die Magnetfelder von Jupiter und Ganymed untersuchen. Ganymed ist nicht nur der größte Jupiter-Mond, sondern auch der einzige Mond in unserem Sonnensystem, der über ein eigenes Magnetfeld verfügt. Ebenso wie die Jupitermonde Europa und Kallisto besitzt er zudem eine Oberfläche aus Eis, unter der Ozeane aus flüssigem Wasser vermutet werden. Eine weitere wichtige Aufgabe der JUICE-Mission ist es, diese Annahme zu überprüfen – denn in solchen Ozeanen wäre die Entstehung von Organismen, also extraterrestrischem Leben, prinzipiell möglich.
Untersuchungen von Europa und Kallisto sollen darüber hinaus das Bild der Galileischen Monde abrunden. So sind zwei Vorbeiflüge am Jupitermond Europa geplant, bei denen seine Oberflächen-Zusammensetzung bestimmt und das Innere des Eismondes indirekt sondiert wird.
JUICE wird die erste Mission sein, die in den Orbit um einen Mond eines anderen Planeten einschwenkt. Da Jupiter der Archetyp eines Gasriesenplaneten ist, hoffen die Wissenschaftler, die gewonnenen Erkenntnisse der JUICE-Mission zumindest teilweise auf ähnliche Exo-Planetensysteme übertragen zu können. Die Raumsonde ist am 14. April 2023 mit einer Ariane-Trägerrakete vom Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana ins Weltall gestartet soll und nach einer Reisezeit von rund 7,5 Jahren den Jupiter erreichen.
Jupiter und seine vier Galileischen Monde Io, Europa, Ganymed und Kallisto
Galileo Galilei entdeckte 1610 mit Hilfe eines von ihm selbst gefertigten Fernrohrs die vier Jupitermonde Io, Europa, Ganymed und Kallisto. Diese Galileischen Monde sind nicht nur die größten Monde des Jupiters, sondern gehören auch zu den größten im Sonnensystem. Während Io von Vulkanismus geprägt ist, werden unter den Oberflächen der drei Eismonde Europa, Ganymed und Kallisto Wasser-Ozeane vermutet. Die Positionen in der Abbildung sind illustrativ.
Nach ihrem Start vollführt JUICE vier sogenannte Swing-by-Manöver. Dabei nutzt die Sonde die Schwerkraft von Venus und Erde, um für ihre rund 7,5 Jahre dauernde Reise zum Jupiter Schwung zu holen. Nach dem Einschwenken in die Umlaufbahn um Jupiter wird die Raumsonde das Jupitersystem drei Jahre lang erforschen. Während dieser Zeit nutzt sie die Gravitation von Kallisto und Ganymed, um ihre Flugbahn zu ändern. Zudem wird sie ihre Bahnneigung im Jupitersystem auf fast 30 Grad erhöhen, so dass auch die Jupiterpole beobachtet werden können.
Die häufigen Kallisto-Vorbeiflüge werden einzigartige Fernbeobachtungen des Mondes und In-situ-Messungen in seiner Umgebung ermöglichen. Höhepunkt der Mission wird eine neun Monate dauernde Orbit-Phase um Ganymed sein, bei der die Raumsonde den Mond und seine Umgebung detailliert untersucht und schließlich auf Ganymed gezielt zum Absturz gebracht wird.
Wissenschaftliche Instrumente mit deutscher Beteiligung
Die JUICE-Sonde verfügt über zehn Instrumente, mit denen die wissenschaftlichen Untersuchungen durchgeführt werden. Die Instrumente GALA, SWI, PEP, J-MAG, RIME und 3GM sowie das Kamerasystem JANUS werden mit deutscher Beteiligung entwickelt und realisiert.
Der Laser-Höhenmesser Ganymede Laser Altimeter (GALA) misst die Entfernung zwischen der Raumsonde und Ganymed. Dies geschieht durch die Messung der Laufzeit von Laserpulsen, die vom Instrument ausgesendet, an der Mondoberfläche zurückgestreut und im Empfängerteleskop des Instruments detektiert werden. Mit Hilfe dieser Daten werden die Topographie sowie die Gezeitenverformung und deren zeitliche Änderungen bestimmt. So kann festgestellt werden, ob sich unter der Eiskruste des Mondes ein Wasserozean befindet.
Das Submillimeter Wave Instrument (SWI) soll die mittlere Atmosphäre des Planeten Jupiter, sowie die äußerst dünnen Atmosphären und Oberflächen der Galileischen Monde untersuchen. Im Vordergrund stehen dabei die Bestimmung der Temperaturstruktur, Dynamik und Zusammensetzung der verschiedenen Schichten der Jupiteratmosphäre, deren Wechselwirkung untereinander, sowie die interne Struktur Jupiters.
JUCIE-Raumsonde mit Nutzlast bestehend aus 10 wissenschaftlichen Instrumenten.
JUICE wird die leistungsfähigsten Fernerkundungs-, Geophysik- und In-situ-Nutzlasten tragen, die jemals in das äußere Sonnensystem geflogen wurden.
Das Kamerasystem JANUS (Jovis, Amorum ac Natorum Undique Scrutator) wird eingesetzt, um lokale geologische Prozesse der Eismonde zu beobachten. Ziel ist es, die Oberflächenmorphologie der Eismonde zu bestimmen. Ferner sollen die physikalischen und dynamischen Eigenschaften der kleinen Monde und der Ringe ermittelt werden. Darüber hinaus wird JANUS das gesamte Jupitersystem einschließlich der Jupiteratmosphäre in mittels Fotos dokumentieren.
Die Teilchenspektrometer Particle Environment Package (PEP) dienen der Messung von neutralen und geladenen Teilchen in der Umgebung von Jupiter und seinen Monden. PEP besteht aus sechs verschiedenen Teilchendetektoren, die Elektronen, Ionen und nicht geladene Teilchen in einem Bereich von etwa einem Elektronenvolt bis zu etwa zehn Kiloelektronenvolt detektieren sollen. Die PEP-Sensoren sind an verschiedenen Positionen auf der Raumsonde angebracht (Nadir- und Zenith-Aussichtung).
Mit dem Jupiter Magnetometer (J-MAG) soll die Magnetosphäre von Jupiter und seinen Monden untersucht werden. Eine klare Trennung der Magnetfelder ist die Voraussetzung dafür, dass die Magnetfelddaten korrekt interpretiert werden können. Die Messung induzierter Magnetfelder soll zudem helfen, unterirdische Ozeane der Eismonde nachzuweisen.
Das Radar-Instrument Radar for Icy Moons Exploration (RIME) wird den Untergrund der Eismonde analysieren und darüber hinaus warme Bereiche und Strukturen im Eispanzer identifizieren. Außerdem soll RIME zur Suche nach Übergängen zwischen Wasser und Eis eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, bis in eine Tiefe von etwa neun Kilometern unter die Oberfläche vorzudringen. Dadurch sollen neue wissenschaftliche Erkenntnisse zur Geologie und Geophysik der vereisten Monde gewonnen werden.
Der Radiosondierer 3GM (Gravity & Geophysics of Jupiter and Galilean Moons) besteht aus zwei Einheiten – einem Ka-Band-Transponder und einem ultrastabilen Oszillator, die in das Telemetry, Tracking, and Command Subsystem des Raumfahrzeugs integriert sind. 3GM dient vor allem zur Vermessung der Schwerefelder der Jupitermonde. Außerdem sollen die Jupiteratmosphäre sowie die Plasmasphären der Jupitermonde mit Hilfe von Okkultationsmessungen untersucht werden. Zusätzlich können die Messungen von 3GM zur Erhöhung der Genauigkeit der Orbitparameter von JUICE genutzt werden. Somit erhöhen sie die Qualität der Daten auch von anderen JUICE-Instrumenten.
Internationale Zusammenarbeit bei der ersten großen Cosmic Vision-Mission
Die JUICE-Mission ist eine Kooperation der Europäischen Weltraumorganisation ESA mit der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und der japanischen Raumfahrtagentur JAXA. Es handelt sich dabei um die erste große Mission im Rahmen des ESA Cosmic Vision 2015-2025 Programms. Ein internationales Konsortium, angeführt von der Firma Airbus Space and Defense, entwickelt und baut den JUICE-Satelliten.
Die Instrumente GALA und SWI werden unter deutscher Führung entwickelt und gebaut. An den Instrumenten PEP, J-MAG, RIME und 3GM sowie dem Kamerasystem JANUS sind ebenfalls deutsche Einrichtungen beteiligt. Diese deutschen Beteiligungen werden durch die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
Kenndaten der Mission
JUICE - Jupiter Icy Moons Explorer
Missionstyp
L1 Mission ESA
Missionsthema
Entstehung von bewohnbarer Welten um Gasriesen, Jupitersystem als Archetyp für Gasriesen
Starttermin
14. April 2023
Startplatz
Weltraumbahnhof Kourou (Französisch Guayana)
Trägerrakete
Ariane 5 CEA
Startmasse
6100 kg davon 2450 kg Leermasse, Satellit inkl. Instrumente und 3650 kg Treibstoff
Missionsdauer
7,6 Jahre interplanetare Flugzeit und 3,5 Jahre im Jupiter-System
Satellit
3-Achsen stabilisiert
2 Solarpaneele mit je fünf Elementen (Gesamtfläche 85 m²)
elektrische Leistung: ~900 W (am Ende der Mission)
Energiespeicher: Lithium-Ionen-Batterie
Fixierte Hochleistungsantenne: 2,5 m
Telemetrie
X- und Ka-Bänder
Downlink ≥ 1,4 Gbit/Tag
Orbit
2031: Einschwenken in die Jupiter-Umlaufbahn
Jupiter-Tour: Transfer zu Kallisto (11 Monate) Europa-Phase: 2 Europa- und 3 Kallisto-Vorbeiflüge (1 Monat) Jupiter-Phase in hoher Breite: 9 Kallisto-Vorbeiflüge (9 Monate)
Transfer zu Ganymed (11 Monate)
2034: Einschwenken in die Ganymed-Umlaufbahn
Ganymed-Tour Elliptische & kreisförmige Bahnen in großer Höhe (5000 km) (5 Monate) Kreisbahn in niedrige Höhe (500 km) (4 Monate)
