Das abbildende Spektrometer MAJIS
Das Moons And Jupiter Imaging Spectrometer (MAJIS) ist ein abbildendes, hyperspektrales Spektrometer. Es misst in vielen schmalen Bänder im elektromagnetischen Spektrum, indem es Informationen aus einfallendem Licht extrahiert. Es dient der Beobachtung der Jupiteratmosphäre, der Merkmale der Wolken in der unteren Atmosphärenschicht sowie der Untersuchung von Eis, organischen Stoffen und Mineralien auf den Oberflächen der Jupitermonde und auch in ihrer äußeren Atmosphärenschicht.
Entwickelt und gebaut wurde MAJIS von einem Konsortium unter der Leitung des Institut d’Astrophysique Spatiale in Orsay/Frankreich mit Unterstützung der französischen Raumfahrtorganisation CNES und dem Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziale sowie der Leonardo Company in Italien. Das DLR ist durch Dr. Katrin Stephan vom Institut für Planetenforschung in Berlin direkt am MAJIS Experiment beteiligt und unterstützt das MAJIS Team im Bereich der Beobachtungsplanung und der wissenschaftlichen Untersuchung der Monde im Jupitersystem. Ziel der an MAJIS beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist die Erkundung der Eigenschaften von Jupiters' Atmosphäre mit seinen hochkomplexen Wolkenbändern und dessen Dynamik sowie die Untersuchung der mineralogischen Beschaffenheit der Oberflächen seiner natürlichen Trabanten, vor allem der Eismonde Ganymed und Callisto.
Wassereis im Fokus von MAJIS
Der Wellenlängenbereich, in dem MAJIS die planetaren Oberflächen detektiert, eignet sich besonders zur Untersuchung der spektralen Signatur von Wassereis. Dies dient nicht nur der Identifikation von Wassereis auf den Oberflächen, sondern auch der Bestimmung des Anteils von Wassereis im Oberflächenmaterial sowie dessen physikalische Eigenschaften. Die Größe der Eispartikel und die Oberflächentemperatur können auf diese Weise abgeschätzt werden. Da diese Eigenschaften empfindlich auf Umgebungsbedingungen – zum Beispiel Bombardements durch geladene Teilchen aus Jupiters Magnetosphäre – sowie auf geologische Prozesse reagieren – aus dem Inneren kommende tektonische beziehungsweise Eis-vulkanische Aktivität und physikalische und chemische Verwitterung –, sind deren Bestimmung essenziell, um die Ursachen für die physikalischen Eigenschaften von Wassereis im geographischen und geologischen Kontext zu ergründen.
Organische Verbindungen auf Ganymed und Callisto?
Neben Wassereis soll MAJIS auch Nicht-Eis Verbindungen im Oberflächeneis identifizieren und deren Verbreitung auf der Oberfläche von Ganymed kartieren. Vorkommen und Art der Verteilung von Salzen, wie sie bereits auf Europa identifiziert wurden, könnte Hinweise auf vergangene tektonische Aktivität geben, während Salze aus dem unterirdischen Ozean von Ganymed an die Oberfläche transportiert wurden. MAJIS soll auch dunkles Gesteinsmaterial auf Ganymed und Callisto charakterisieren, mögliche organische Verbindungen identifizieren und deren Ursprung und Bildungsprozesse herleiten.
Technische Daten zu MAJIS
Kanäle | Wellenlängenbereiche (Mikrometer) | spektrale Auflösung (Nanometer) | Untersuchungsziele |
|---|---|---|---|
sichtbar und Nah-Infrarot (VIS-NIR) | 0,5–2,35 | 3,66 bis 6,51 |
|
Infrarot (IR) | 2,28–5,56 | 3,66 bis 6,51 | organische Verbindungen, • durch Meteoriten eingebracht oder • durch Wechselwirkung mit der Jupiter-Magnetosphäre entstanden |
Hohe spektrale Auflösung
Das MAJIS-Instrument besteht aus drei Haupthardwareeinheiten, dem optischen Kopf, der Elektronikeinheit und einem Kabelbaum, der die elektronisch gesteuerten Bestandteile verbindet. Der optische Kopf und die Detektoren der beiden spektralen Kanäle werden auf kryogene Temperaturen heruntergekühlt: ~130 Kelvin für Struktur des optischen Kopfes und VIS-NIR-Kanal, ~90 Kelvin für den IR-Kanal). Die gesamte Struktur des optischen Kopfes wird thermisch isoliert gehalten. MAJIS wie alle anderen Instrumente kopiert die aufgenommenen Daten zunächst in den für MAJIS bestimmten Bereich des Hauptspeichers (SSMM, Solid State Mass Memory) der Raumsonde. Zu vereinbarten Zeiten dreht sich JUICE mit der Hauptantenne zur Erde um die Daten zu senden. Bodenstationen fangen die Daten auf und verteilen die Daten an die Instrumententeams.
Die hohe spektrale Auflösung der Spektralkanäle ermöglicht es, für jeden Bildpunkt ein kontinuierliches Spektrum aufzunehmen. Beide Kanäle arbeiten gleichzeitig, wobei der Überbrückungsbereich der beiden Kanäle auf ~2,3 eingestellt ist (±0,05 Mikrometer). Photonen, die in einem Winkel von 0,06 Radiant einen Strahlteiler passieren, werden je nach ihrer Wellenlänge an einen der Kanäle gesendet. Das Spektrometer streut die Photonen am Detektor, die Längsschlitz-Richtung ist räumlich und die Querschlitz-Richtung spektral. MAJIS kann – abhängig von den Anforderungen in verschiedenen Missionsphasen – entweder im Push-Broom (Kehrbesen)- oder im Scan-Modus betrieben werden. Die räumliche Auflösung beträgt bis 25 Meter auf Ganymed und ungefähr 100 Kilometer auf Jupiter.
ESA-Mission mit starker deutscher Beteiligung
JUICE ist die größte und umfangreichste ESA-Mission zur Erforschung der Planeten des Sonnensystems. Neben der ESA haben auch die NASA und die japanische Weltraumorganisation JAXA zur Mission beigetragen. Die ESA übernimmt die Finanzierung für die Satellitenplattform, den Start mit der Ariane-5-ECA-Rakete sowie den Betrieb der Sonde. Die Finanzierung für die wissenschaftlichen Nutzlasten für JUICE werden zum größten Teil von den nationalen Raumfahrtagenturen und den beteiligten Instituten selbst getragen. Neben den Experimenten JANUS, SWI und GALA fördert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR mit dem Teilchenspektrometer Particle Environment Package (PEP), dem Jupiter-Magnetometer (J-MAG), dem Radar-Instrument Radar for Icy Moons Exploration (RIME) und einem Instrument zur Radiosondierung der Jupiteratmosphäre (3GM) weitere deutsche wissenschaftliche Beiträge aus dem Nationalen Raumfahrtprogramm.