Im kommenden Frühling wird die NASA ihre besondere Aufmerksamkeit auf einen Kometen richten, der am 19. Oktober 2014 eine mitreißende Show in der Nähe des Mars abliefern könnte. An diesem Datum wird der Komet 2013 A1 Siding Spring den Mars in ungefähr zehnmal geringerer Entfernung passieren, als jemals irgendein identifizierter Komet an der Erde vorbeiflog.
Raumsonden in Umlaufbahnen um den Mars könnten einen guten Blick auf den Nukleus des Kometen Siding Spring bekommen, während er sich dem Planeten bis auf seine geringste Entfernung von 138.000 Kilometern (plusminus ein paar Prozent) nähert. Andererseits könnten Staubteilchen, die der Komet im kommenden Frühling verliert, im Oktober zu einer Bedrohung für die den Mars umkreisenden Raumsonden werden. Die Höhe des Risikos wird über mehrere Monate lang nicht bekannt sein, aber die NASA beurteilt bereits mögliche Vorsichtsmaßnahmen, während sie sich auf die Untersuchung des Kometen vorbereitet.
“Unsere Pläne zur Beobachtung des Kometen Siding Spring mittels der den Mars umkreisenden Raumsonden werden mit Plänen koordiniert, um die Orbiter abzusichern, falls wir das tun müssen”, sagte Rich Zurek, der Chefwissenschaftler des Mars Exploration Program am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena (Kalifornien).
Der Komet Siding Spring, vormals als C/2013 A1 bezeichnet, wurde am 3. Januar 2013 vom Siding Spring Observatory in Australien entdeckt. Zu diesem Zeitpunkt war er weiter von der Sonne entfernt als Jupiter. Nachfolgende Beobachtungen erlaubten Wissenschaftlern des Jet Propulsion Laboratory und anderen Einrichtungen, die Bahn zu berechnen, welche der Komet einschlagen wird, wenn er am Mars vorbeifliegt. Die Beobachtungen werden 2014 fortgesetzt, um das Wissen über die Bahn des Kometen zu verfeinern, aber der Nukleus von Siding Spring wird sich dem Mars bis auf ungefähr ein Drittel der Entfernung zwischen Erde und Mond annähern.
Komet bereit für die Untersuchung aus der Nähe
Beobachtungen des Kometen Siding Spring sind mit Instrumenten auf der Erdoberfläche, im Erdorbit, auf dem Mars und im Marsorbit geplant und manche Untersuchungen werden bereits durchgeführt. Das Hubble Space Telescope der NASA und die NEOWISE-Mission haben den Kometen in diesem Monat beobachtet, um diesen erstmaligen Besucher aus der Oortschen Wolke zu charakterisieren und die Größe und Menge von Staubteilchen zu untersuchen, die der Komet produziert, damit das potenzielle Risiko für die Marsorbiter eingeschätzt werden kann. Infrarotbilder der NEOWISE-Mission enthüllen einen Kometen, der aktiv und staubig ist, obwohl seine Entfernung noch drei Viertel der Distanz von Jupiter zur Sonne beträgt. Man geht davon aus, dass bodenbasierte Observatorien wie die NASA Infrared Telescope Facility sich ebenfalls an den Studien beteiligen werden, wenn der Komet eine günstige Beobachtungsposition erreicht.
Während sich der Komet dem Mars nähert, werden die dortigen NASA-Sonden verwendet, um diesen Besucher aus den entfernten Bereichen des Sonnensystems zu studieren. “Wir könnten etwas über den Nukleus erfahren – seine Form, seine Rotation und ob manche Gebiete auf seiner Oberfläche dunkler sind als andere”, sagte Zurek.
Im vergangenen Jahr haben Forscher Erfahrung bei der Beobachtung eines anderen Kometen mittels Mars-Sonden gesammelt, als sie versuchten, den Kometen ISON (ehemals C/2012 S1) bei seiner Annäherung an den Mars zu verfolgen. Bei seinem Vorbeiflug war dieser Komet etwa 80 Mal weiter vom Mars entfernt, als es Siding Spring bei dessen geringster Annäherung sein wird. Ein anderer Unterschied ist, dass ISON fast zwei Monate lang weiter in Richtung des inneren Sonnensystem flog und kurzzeitig für einige Sterngucker auf der Erde mit bloßem Auge sichtbar war, bevor er sich der Sonne zu sehr näherte und verdampfte. Siding Spring wird seine engste Annäherung an die Sonne nur sechs Tage nach seinem Vorbeiflug am Mars erreichen. Für Beobachter auf der Erde wird er keine Show liefern und er wird in den nächsten 1.000.000 Jahren nicht in das innere Sonnensystem zurückkehren.
Bei der Flyby-Distanz des Kometen Siding Spring könnte die Kamera des High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) Bilder mit einer Auflösung von mehreren Dutzend Pixeln vom Durchmesser des Kometenkerns machen. Als HiRISE den Kometen ISON beobachtete, war der Nukleus dagegen weniger als ein Pixel groß. ISON wurde nicht hell genug, um sich selbst für die anderen Kameras auf dem Mars sichtbar zu machen, mit denen Beobachtungen versucht wurden. Aber Siding Spring könnte eine bessere Beobachtungsmöglichkeit bieten.
Kameras an Bord der Marsrover Curiosity und Opportunity könnten nach Meteoren am Marshimmel Ausschau halten, die ein Hinweis auf die Menge der Teilchen im Schweif des Kometen wären. Die Geometrie des Vorbeiflugs würde den Großteil der Meteore jedoch am Taghimmel fallen lassen und nicht am Nachthimmel.
“Ein dritter Aspekt der Erforschung könnte sein, welche Auswirkungen die Teilchen auf die obere Marsatmosphäre haben”, sagte Zurek. “Sie könnte sich möglicherweise aufheizen und ausdehnen – den Auswirkungen eines globalen Staubsturms nicht unähnlich.” Infrarotempfindliche Instrumente an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter und der Mars Odyssey könnten zur Untersuchung dieses Effekts verwendet werden.
Mögliche Risiken für die Marsorbiter
Eine Eigenschaft, die Siding Spring mit ISON gemeinsam hat, ist die Unvorhersehbarkeit darüber, wie viel heller er in den Monaten vor dem Vorbeiflug am Mars werden wird. Der Grad des Helligkeitsanstiegs von Siding Spring im kommenden Frühling wird ein Indikator dafür sein, welches Risiko er für die Sonden im Marsorbit darstellen wird.
“Es ist noch ein bisschen zu früh für uns, um zu wissen, welches Risiko Siding Spring für unsere Orbiter darstellen wird”, sagte Soren Madsen vom JPL, der Chefingenieur des Mars Exploration Program, in der vergangenen Woche. Die Bahn, die der Nukleus einschlagen wird, ist jetzt recht gut bekannt. Die wichtigen Unbekannten sind, wie viel Staub der Nukleus verlieren wird, wann er ihn verlieren wird und die Geometrie der sich ausbildenden Koma und des Kometenschweifs.
Im April und Mai wird der Komet den Entfernungsbereich von der Sonne durchqueren, in dem Wassereis auf der Oberfläche eines Kometen normalerweise aktiv wird – es verdampft und lässt den Kometen Staubteilchen verlieren. Der ausgestoßene Staub könnte sich bis zum Oktober dann weit genug von dem Nukleus entfernen, um den Mars zu umkreisen.
“Wie aktiv wird Siding Spring im April und Mai werden? Wir werden das verfolgen”, sagte Madsen. “Aber wenn im Mai der rote Alarm losgeht, wäre es zu spät, um eine Reaktion zu planen. Darum tun wir, was wir jetzt tun.” Zwei Schlüsselstrategien zur Minimierung des Risikos sind es, die Orbiter in den Minuten des höchsten Risikos hinter den Mars zu bringen und die Orbiter so auszurichten, dass sich die anfälligsten Komponenten nicht in der Schusslinie befinden.
Die Marsatmosphäre, so dünn wie sie ist, ist dicht genug, um sicherzustellen, dass Staub von dem Kometen kein Risiko für die beiden aktiven NASA-Marsrover auf der Oberfläche wird. Momentan gibt es drei aktive Orbiter am Mars: der Mars Reconnaissance Orbiter und die Mars Odyssey der NASA und die Mars Express der European Space Agency (ESA). Zwei weitere Orbiter verließen die Erde Ende 2013 und werden rund drei Wochen vor dem Vorbeiflug des Kometen Siding Spring in den Marsorbit eintreten: die Sonde Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) und die indische Mars Orbiter Mission.
Bei der Entwicklung von Orbitern hat man das Risiko von Kollisionen mit Weltraumstaub im Hinterkopf. Die meisten dieser Kollisionen beeinträchtigen eine Mission nicht. Design-Faktoren wie die geschützte Anbringung verwundbarer Komponenten helfen dabei. Für eine fünfjährige Betriebszeit eines Marsorbiters berechnet die NASA eine Wahrscheinlichkeit von wenigen Prozent, dass eine Sonde durch Einschläge solcher Teilchen – (Mikro-)Meteoroide genannt – signifikant beschädigt wird. Ob das Risiko durch Siding Spring innerhalb weniger Stunden so groß oder vielleicht mehr als zehnmal so groß werden wird, hängt davon ab, wie aktiv er wird.
Dieser Komet umkreist die Sonne in fast entgegengesetzter Richtung zum Mars und den anderen Planeten. Der Nukleus und die von ihm ausgehenden Staubteilchen werden sich relativ zu den Marsorbitern mit einer Geschwindigkeit von 56 Kilometern pro Sekunde bewegen. Das ist etwa 50 Mal schneller als eine Kugel aus einem Hochleistungsgewehr und das Doppelte oder Dreifache der Geschwindigkeit von gewöhnlichen Meteoroideneinschlägen.
Vorsichtsmaßnahmen
Wenn die Missionsleiter sich dafür entscheiden, die Orbiter während des höchsten Risikos hinter dem Mars zu positionieren, wird umso weniger Treibstoff verbraucht, je früher die Steuerungsmanöver im Vorfeld gemacht werden. Vorausschauende Arbeit ist auch für die andere Hauptoption entscheidend: die Neuausrichtung einer Sonde, um ihre am wenigsten verwundbare Seite dem eintreffenden Strom aus Kometenteilchen entgegenzudrehen. Die sicherste Ausrichtung hinsichtlich des Kometenstaubs wäre eine schlechte Ausrichtung für die Erhaltung der Energieversorgung und Kommunikation.
“Diese Veränderungen würden eine Menge Prüfungen erfordern”, sagte Madsen. “Wir müssen jetzt viele Vorbereitungen treffen, um für den Fall gewappnet zu sein, falls wir im Mai herausfinden, dass der Vorbeiflug gefährlich wird.
Das Jet Propulsion Laboratory ist eine Abteilung des California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena (Kalifornien) und leitet das Mars Exploration Program der NASA für das Science Mission Directorate in Washington.
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2014-026
(THK)
Antworten