Ei­ne Zeit­rei­se zu den An­fän­gen des Son­nen­sys­tems

Die Untersuchung dieser beiden großen Körper aus dem Asteroidengürtel, die Spuren der frühesten Zeit des Sonnensystems in sich tragen, ist von fundamentaler Bedeutung für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung unserer Planeten.

An Bord von Dawn befindet sich ein deutsches Kamerasystem, das federführend vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen in Kooperation mit dem DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze der Universität Braunschweig entwickelt und gebaut wurde. Die beiden baugleichen „Framing Cameras“ dienen nicht nur der Kartierung und Erforschung der Asteroiden, sondern sind unerlässliches Hilfsmittel zur Navigation der Sonde. Neben der Kamera befinden sich zwei weitere Experimente an Bord von Dawn: Ein Spektrometer der italienischen Raumfahrtagentur ASI zur Erfassung der Mineralogie der Asteroidenoberfläche und ein Gammastrahlen-/Neutronenspektrometer der Los Alamos National Laboratories (USA).

Auf dem Weg in den Asteroidengürtel passierte Dawn im Februar 2009 den Mars in geringer Distanz, um die Wechselwirkung mit dem Schwerefeld des Planeten zur weiteren Beschleunigung zu nutzen. Bereits im Anflug auf das erste Missionsziel, Vesta, kam die Kamera zum Einsatz. Sie suchte die Umgebung nach Staub und – erfolglos – nach weiteren kleinen Monden ab. Die eigentliche Erkundung von Vestas Oberfläche begann am 15. Juli 2011 in 16.000 Kilometer Entfernung, als Dawn auf eine Umlaufbahn um den Asteroiden einschwenkte. Eineinhalb Jahre lang untersuchte Dawn das „zweitschwerste“ Objekt des Asteroidengürtels. Die Sonde flog dabei immer tiefer über der Oberfläche, ehe der Orbit in Vorbereitung des Weiterflugs zu Ceres wieder angehoben wurde.

Drei Beobachtungsphasen folgten aufeinander

Während der ersten Beobachtungsphase befand sich Dawn in einem Orbit von 2.420 Kilometern über der Oberfläche von Vesta. Die Umlaufzeit betrug 68 Stunden. Dort wurden Bilder des gesamten Asteroiden aufgenommen sowie eine Spektralanalyse durchgeführt. Aus den Einzelbildern wurde ein erstes dreidimensionales Modell Vestas erstellt. Die Spektralanalyse gab Aufschluss über die mineralogische Zusammensetzung der obersten Staubschicht auf der Asteroidenoberfläche.

In der zweiten Phase umkreiste Dawn den Asteroiden in zwölf Stunden auf einem Orbit in 670 Kilometer Höhe über der Oberfläche. Von dort aus wurden insbesondere hochaufgelöste Bilder für die Analyse der geologischen Formationen gewonnen. Unter anderem wurde ein großes Doppel-Einschlagsbecken am Südpol von Vesta intensiv untersucht.

Phase drei führte die Sonde bis auf 180 Kilometer an die Oberfläche heran. In diesem Orbit umrundete Dawn Vesta in nur vier Stunden. In dieser Phase hatten die Messungen des Gammastrahlen- und Neutronendetektors Priorität. Aus den gewonnen Daten wurde die Beschaffenheit der Oberfläche detailliert bestimmt.

Nach der Erkundung von Vesta nahm Dawn im September 2012 Kurs auf den noch etwas weiter von der Sonne entfernten Asteroiden Ceres. In knapp drei Jahren umlief die Sonde auf einer Auswärtsspirale zu drei Vierteln unser Zentralgestirn. Das erste Bild von Ceres erreichte die Erde im Dezember 2014. Aus der weiten Entfernung von 1,2 Millionen Kilometern war Ceres allerdings nur als eine kleine, neun Pixel abmessende, helle Stelle in der Aufnahme und ließ Ceres lediglich erahnen. Im März 2015 erreicht die Raumsonde ihren Orbit um den größten und „schwersten“ aller Asteroiden. Damit ist Dawn die erste Raumsonde, die in einen Orbit an zwei verschiedenen Körpern des Sonnensystems jenseits der Erde eingetreten ist.

März 2015: Ankunft an Ceres

Wie schon zuvor bei Vesta untersucht Dawn im Anflug die nähere Umgebung von Ceres. Die Erkundung des Zwergplanetenunterteilt sich gleichfalls in drei Phasen. Aus anfänglich 41.000 Kilometern im März 2015 nähert sich die Raumsonde der Oberfläche bis Januar 2016 sukzessive auf 375 Kilometer an. Bis Mitte Mai 2015 hatte Dawn fast 2.000 Bilder gemacht und die Oberfläche ein erstes Mal komplett abgedeckt. Seit Dawn Bilder von Ceres zur Erde schickt, gibt der Asteroid den Forschern Rätsel auf. Es sind weiße Flecken auf den Fotos zu erkennen, flache Ebenen wurden identifiziert, eine Pyramidenformation gefunden, instabile Krater, Rutschungen und Risse entdeckt. Je näher die Sonde der Oberfläche kommt, desto mehr Details lassen sich auf den Bildern erkennen. Sind die weißen Flecken Eis oder Salz? Die Wissenschaftler gehen von komplexen geologischen Prozessen auf Ceres aus und sehen Spuren vergangener Aktivitäten.

Aus dem sogenannten High Altitude Mapping Orbit (HAMO) in 1.470 Kilometer Höhe geht Dawn bis Oktober 2015 weiter hinunter auf nur noch 375 Kilometern, den Low Altitude Mapping Orbit (LAMO). Dort sind Aufnahmen in einer Auflösung von 140 Metern pro Bildpunkt möglich, sodass weitere aufschlussreiche Details zu erwarten sind. Erkenntnisse sollen neben den Kameradaten ebenfalls aus Spektralmessungen gewonnen werden.

Nach Abschluss der Mission soll die Sonde mindestens fünfzig Jahre lang auf einer stabilen Bahn in einer Art „Quarantäne“ um Ceres kreisen. Die Planetenforscher wollen dadurch verhindern, dass irdische Mikroben, die möglicherweise der Sonde anhaften, bei einem Absturz auf die Oberfläche von Ceres gelangen. Denn wenn dort eines Tages Spuren einfachen Lebens entdeckt werden sollten, sollten diese auf keinen Fall von einem Import von der Erde herrühren.