Rosetta: Letzter Erd – Vorbeiflug

1. November 2009 von Michael Khan in Raumfahrt

+++ Hier geht es zu einem weiteren Kosmologs-Artikel mit aktuellen Updates zum Vorbeiflug

Spechtler aufgepasst: Am 13.11.2009 wird die ESA-Kometensonde Rosetta uns ein allerletztes Mal beehren. Bekanntlich muss Rosetta dreimal an der Erde und einmal am Mars Schwung holen, bis die Bahnenergie reicht, um das Ziel, den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko im Jahre 2014 zu erreichen.

Die Raumsonde Rosetta, Quelle: ESA(Read this post in English here)

Das letzte dieser Swingby-Manöver steht am 13. November 2009 an, und damit die letzte Chance für Amateurastromen, Rosetta noch einmal im eigenen Teleskop zu betrachten. Besonders glänzend sind die Bedingungen für uns in Deutschland allerdings nicht.

Draufsicht auf die Geometrie des Rosetta-Swingbys am 13.11.2009, Quelle: ESA/Michael KhanWie ein Swingby funktioniert, soll hier nicht erklärt werden. Wichtig ist, dass dazu ein hyperbolischer Vorbeiflug in geringem Abstand an einem Planeten nötig ist, in diesem Fall an unserer Erde.

Die größte Annäherung wird am Freitag, den 13 November 2009 (Oje ... aber wir sind ja nicht abergläubisch), nach aktueller Planung um 7:45:40 UTC, d.h., 8:45 MEZ stattfinden, und zwar über 109 Grad östlicher Länge und 8.2 Grad südlicher Breite, also knapp südlich der indonesischen Insel Java. Rosetta wird dort auf 2481 km Höhe herab gehen und mit 13.34 km/s vorbeirauschen.

Subspur von Rosetta am Tag des Vorbeiflugs, Quelle: Michael Khan/ESA

Die obige Grafik (bei allen Bildern erhält man durch Draufklicken eine vergrößerte Darstellung) zeigt schematisch die Vorbeifluggeometrie relativ zur Erdbahn, die Grafik links die Subspur der Raumsonde, also die Linie, die man auf der Erdoberfläche zeichnen würde, wenn man den ganzen 13.11.2009 hindurch in kurzen Zeitabständen immer genau den Punkt unter der jeweils aktuellen Raumsondenposition markiert.

Rosetta nähert aus einer Richtung im Himmelsgewölbe, die durch die Rektaszension 31.93 Grad (2h 8') und die Deklination -18.21 Grad beschrieben wird, d.h. aus dem Sternbild Walfisch. Nach dem Vorbeiflug entschwindet sie in die Richtung RA: 169.96 Grad (11 h 20'), Dec: +24.3 Grad, d.h., ins Sternbild Löwe.

In der folgenden Grafik ist die Geometrie zwischen Sonne, Erde und Raumsonde dargestellt. Dazu muss man sich vorstellen, von der Sonde auf ihrer interplanetaren Bahn wird ein Strich zur Erde und ein anderer zur Sonne gezogen. Wenn der Winkel zwischen beiden Linien klein ist, dann muss die Erde logischerweise, von der Raumsonde aus gesehen, in der Nähe der Richtung zur Sonne stehen. Geometrie Sonne-Erde-Rosetta um den 13.11.2009 herum, Quelle: Michael Khan/ESA

Dies bedeutet aber im Umkehrschluss, dass die Raumsonde von der Erde aus gesehen gut beleuchtet und über der Nachtseite erscheint. Genau dies ist die Situation vor dem Swingby-Manöver, wie die rote Kurve im Diagramm zeigt. Der dort als "Sun-Rosetta-Earth" bezeichnete Winkel liegt unter 40 Grad. Da sollte wegen der beleuchteten Solargeneratoren mit ihren immerhin 64 Quadratmetern Fläche eine ordentliche Magnitude zusammenkommen - (vielleicht bis zu 17ter Größe in der Nacht vor dem Swingby, wie mein Kollege Tim Flohrer berechnet hat. Falls das nicht stimmt, beschweren Sie sich bitte bei ihm, nicht bei mir!). Anders sieht es aber in den Tagen nach dem Vorbeiflug aus. Da liegt besagter Winkel bei rund 90 Grad, d.h., man schaut fast genau seitlich auf die Solargeneratoren, die so kaum zu sehen sein werden.

Natürlich ist nicht nur die Magnitude von Belang, sondern auch die übrige Beobachtungsgeometrie. Ich habe sie nur für Darmstadt berechnet, aber das hier Gesagte gilt hinreichend genau auch für andere Standorte in Mitteleuropa. (Wenn sie es für einen beliebigen Standort auf der Welt genau wissen wollen, benutzen Sie bitte JPL-Horizons!) Links ist der Verlauf der Elevation über der Zeit zu sehen, in der die Raumsonde von Darmstadt aus sichtbar ist. Wie man sieht, geht die Sonde immer in den frühen Abendstunden auf, erreicht kurz vor Mitternacht eine maximale Elevation von über 20 Grad und geht in den frühen Morgenstunden unter. Nach dem Vorbeiflug dagegen geht sie jeweils kurz vor Mitternacht auf, erreicht eine Elevation von fast 65 Grad und geht dann am frühen Nachmittag unter, was die Beobachtung genauso unmöglich macht wie die dann zu erwartenden geringe scheinbare Helligkeit. Achtung: Alle hier genannten Zeiten sind UTC!

Nun ist noch die Entfernung zu betrachten. Die hyperbolische Ankunftsgeschwindigkeit ist mit 9.4 km/s zwar geringer als die genannte Perigäumsgeschwindigkeit von 13.34 km/s, aber Rosetta ist auf jeden Fall sehr schnell unterwegs. Erst am 12.11. gegen 0 Uhr UTC wird der Abstand von 1 Million km unterschritten; noch am 3.11. ist Rosetta fast 9 Millionen km entfernt.

Stellen wir jetzt noch den Verlauf von Azimut und Elevation vom Beobachterstandort Darmstadt (und ähnlich auch von anderswo in Mitteleuropa) im Polardiagramm dar, dann sehen wir ... zwei freundliche Smileys. Der untere ist der Verlauf der Blickrichtung von Horizont zu Horizont in der Annährungsphase, der obere der in der Entfernungsphase, der aber aus den oben genannten Gründen nicht viel nützen dürfte. Der einzelne Strich dazwischen ist ein auch nur theoretischer, weil praktisch nicht zu Sichtbarkeit führender, Pass kurz nach dem Punkt der größten Annäherung am 13.11. Aber wer weiß, vielleicht liest hier ja ein Radio-Astronom mit ....

Die Situation am 13. November

Vor und am Punkt der größten Annäherung ist Rosetta von Mitteleuropa aus nicht sichtbar. Erst um 8 Uhr UTC (9 Uhr MEZ) geht die Raumsonde auf, da ist es schon zu hell zum Beobachten. Der Abstand vom Beobachterstandort beträgt bereits 10,000 km und nimmt rasant weiter zu.

Am Nachmittag verschwindet die Sonde wieder unter dem Horizont, um erst nach 23 Uhr UTC, also nach Mitternacht unserer Zeit wieder sichtbar zu werden, dann aber schon deutlich jenseits der Mondbahn und zudem, wie beschrieben, sehr ungünstig (für irdische Beobachter) beleuchtet.

Noch ein letzter Blick auf das Azimut-Elevations-Dragramm: Der lange Pass, der quer durch das Polardiagramm geht, wird, wie gesagt, nichts nützen, ebenso wohl auch der späte Pass, der bei einem Azimut von etwa 60 Grad (0 Grad bezeichnet die Blickrichtung nach Norden, 90 Grad ist Osten) ansetzt. Aber vielleicht, kann man in der vorhergehenden Nacht noch einen letzten Blick auf die sich rasch nähernde Sonde erhaschen, dann bereits deutlich innerhalb der Mondbahn bei Abständen von unter 250,000 km. Laut unten eingefügtem Diagramm sollte Rosetta übrigens (je nach Beobachterstandpunkt) relativ dicht am Stern 4. Größe ypsilon Ceti vorbeiziehen, was die Auffindung hoffentlich erleichtert.

Hier sind Rektaszension und Deklination für den letzten Pass vor dem Vorbeiflug. Dieser liegt in der Nacht vom 12. zum 13. November 2009. Ich werde dann auf jeden Fall mein Glück versuchen ... wenn das Wetter mitspielt.

Tabelle der Position von Rosetta beim letzten Pass vor dem Swingby, 12-13.11.2009, Quelle: MIchael Khan/ESABewegung von Rosetta durchs Sternbild Steinbock, 12-13.11.2009, Quelle: Michael Khan/ESA

Weitere Information

ESA-Webartikel zum Vorbeiflug am 13.11.2009

Rosetta-Blog im ESA-Webauftritt

Rosetta-Webseiten im ESA-Science-Webauftritt

ESA-Specials: Rosetta-Webseite

Und für alle Beobachter ist das unverzichtbare Hilfsmittel natürlich die JPL-Horizons-Webseite, die für den einzugebenden Standort genau die Ephemeriden berechnet.

 


11 Kommentare zu “Rosetta: Letzter Erd – Vorbeiflug”

  1. Daniel Fischer Antworten | Permalink

    Ein Posting aus der Zukunft ... :-)

    "von Michael Khan, 01. November 2009, 00:00" / "from Michael Khan, 31. October 2009, 23:59" - hat die ESA heimlich eine Zeitmaschine gebaut? :-)

  2. Michael Khan Antworten | Permalink

    Sneak-Previews

    Des Rätsels Lösung: Ich hatte diesen beitrag schon im Vorfeld erstellt (und muss sagen: für einen Blog-Artikel floss da wirklich viel Aufwand hinein) und einigen Leuten zur Revision geschickt, weil ich mich selbst gut genug kenne, um zu wissen, dass ich gern jede Gelegenheit zum Verrechnen ergreife. Dann aber wurde dieser eigentlich noch gar nicht erschienene Artikel vom ESA-Rosetta-Blog http://webservices.esa.int/blog/blog/5 verlinkt, und das sah dann natürlich aus wie ein Posting aus der Zukunft. :-)

  3. Michael Khan Antworten | Permalink

    Magnitude

    Die Berechnung der scheinbaren Helligkeit, mit der ein Objekt am Nachthimmel erscheint, ist notorisch ein, wie man in der Naturwissenschaft sagt, hochgradig nicht-triviales Problem, insbesondere, wenn das Objekt eine Raumsonde ist.

    Als Anhaltspunkt dürfen Daten vorheriger Vorbeiflüge dienen. Nehmen wir beispielsweise den ersten Swingby im März 2005, ein Jahr nach dem Start.

    http://sci.esa.int/...ct/index.cfm?fobjectid=36505

    Wie man in der ersten Grafik im obigen Artikel sieht (hier noch einmal: http://sci.esa.int/...ct/index.cfm?fobjectid=36506 ), näherte Rosetta sich damals fast direkt aus der der Sonne entgegengesetzten Richtung. Der in meinem Blog erwähnte Phasenwinkel wäre somit fast 0, beleuchtungstechnisch ist das das Optimum.

    Die Annäherungsgeschwindigkeit war 2005 etwa ein Drittel von der Relativgeschwindigkeit, die Rosetta beim dritten Erdvorbeiflug am 13. November haben wird. Das heißt, dass die Sonde diesmal n Tage vor dem Vorbeiflug dreimal so weit entfernt und damit in erster Näherung nur mit einem Neuntel der Helligkeit sichtbar sein wird wie 2005 n Tage vor dem Vorbeiflug.

    Hier nun die damals gemachten Aufnahmen in den Tagen vor dem Vorbeiflug, zusammen mit den Abständen und Magnituden.

    http://www.rssd.esa.int/...TTA/include/Images.html

  4. Rudolf Uebbing Antworten | Permalink

    Fly-Bye-Anomalie

    Das unter Betreff genannte Phänomen wurde bereits mehrfach beobachtet - eine Abweichung des Bahnverlaufes, zu denen es mehrere,
    theoretisch nicht ganz befriedigende Erklärungen bereits gab - existieren besondere Vorkehrungen, um dieses Phänomen anlässlich der Rosetta-Passage nunmehr einer Lösung zuzuführen ?

  5. Michael Khan Antworten | Permalink

    Die Flyby-Anomalie

    Bei einigen Vorbeiflügen von Raumsonden an der Erde wurde eine kleine Anomalie festgestellt, in Form einer Geschwindigkeitsdiskrepanz, deren Ursprung nicht zufriedenstellend erklärt werden konnte.

    Bei manchen Erdvorbeiflügen, beispielsweise beim zweiten Erdvorbeiflug von Rostta vor zwei jahren, wurde diese kleine Geschwindigkeitsdiskrepanz (unter Maßgabe der ohnehin vorhandenen statistischen Restfehler) nicht festgestellt.

    Da die Ursache dieser Diskrepanz nicht bekannt ist, ist auch nicht bekannt, ob es sich um einen Modellierungsfehler handelt (es müssen zur Bahnbestimmung alle physikalischen Effekte, auch die relativistischen, korrekt in der Bahnbestimmungssoftware modelliert sei, und zwar die Effekte, die die Bahn der raumsonde betreffen, wie auch die, die die Messgroeßen betreffen) oder um ein anderes Problem wie einen systematischen Messfehler mit technischer Ursache ... oder vielleicht auch um einen physikalischen Effekt, der mit den bekannten Theorien nicht konsistent ist.

    Da man die Ursache nicht kennt, kann man auch keine Gegenmaßnahmen treffen.

    Allerdings ist die Diskrepanz, um die es geht, so gering, dass man auch keine Vorkehrungen treffen muss. Man wird den Vorbeiflug durchführen wie vorausberechnet. Tritt wieder eine solche Diskrepanz auf, hat man halt einen kleinen Restfehler in der Bahn, den man ohne großen Aufwand mit einem kleinen Triebwerksmanoever korrigieren kann. Die Mission ist davon nicht nennenswert betroffen.

    Nach der Ursache der Diskrepanz wird natürlich weiter gefahndet, egal ob sie jetzt wieder auftritt oder nicht.

  6. Elias Kernchen Antworten | Permalink

    Swing-by Anomalie

    Bei Rosettas erstem Erdvorbeiflug 2005 wurde die SBA in der Tat beobachtet, wie man bei [1] nachlesen kann.

    Beim zweiten Besuch nicht, allerdings war hier die Perizentrumshöhe (5300 km) sehr viel größer als beim ersten Mal (1950 km).

    Bei ihrem letzten Vorbeiflug in einigen Tagen stehen die Chancen wieder gut. Die Perizentrumshöhe wird mit unter 2500 km nicht sehr viel größer sein als 2005.

    Zwar weiß man (noch) nicht, welche Parameter die SBA beinflussen. Anderson et. al. haben allerdings vor einem Jahr eine rein empirische Formel vorgestellt, welche die SBA einigermaßen gut beschreibt, siehe [2].

    Danach sind zwei Größen wichtig: die hyperbolische Vorbeiflugsgeschwindigkeit und die Differenz zwischen dem Kosinus der Deklination beim Anflug und dem Kosinus der Deklination beim Abflug.

    Wendet man die Formel auf die Situation 2005 an, so ergibt sich eine "Vorhersage" von 2.07 mm/s in hyperbolischer Geschwindigkeit. Gemessen wurden 1.82 mm/s. Einerseits weichen die Werte um nur 13% voneinander ab, andererseits liegen sie "fünf Sigma" auseinander.

    Beim bevorstehenden Vorbeiflug ist die hyperbolische Geschwindigkeit deutlich größer als 2005 (9.38 km/s verglichen mit 3.86 km/s), aber die Kosinus-Differenz ist kleiner. Unter dem Strich liefert die Formel eine Abweichung um 1.1 mm/s von der "klassisch" erwarteten hyperbolischen Vorbeiflugsgeschwindigkeit, was zwar nur halb so viel ist wie 2005, aber trotzdem deutlich feststellbar!

    Schaun mer mal, dann sehn mer scho.

    [1] http://archive.ists.or.jp/...df/ISTS_2006-d-52.pdf
    [2] http://www.physics.usyd.edu.au/...anderson2008.pdf

  7. Michael Khan Antworten | Permalink

    @Elias Kernchen

    Vielen Dank für die detaillierte Darlegung und die exakten Zahlenwerte.

    Diese Zahlen illustrieren auch sehr gut, für wen diese Anomalie von Belang ist und für wen eher nicht.

    Die Ingenieure aus dem Kontrollteam brauchen sich wegen solcher Abweichungen keinen Kopp zu machen. Die interessiert allenfalls, ob eine Abweichung so groß ist, dass die Raumsonde nicht da ankommt, wo sie hin soll, oder ob man sehr viel mehr Treibstoff braucht als zuvor.

    Beides ist hier nicht der Fall, und alles andere mag die Kosmologen interessieren, ist aber im Kontext der Kontrolle der Raumsonde erst einmal zweitrangig.

  8. szabo margit Antworten | Permalink

    hallo ich habe gestern in der nacht etwas besonderes gesehen,erst habe ich gedacht es ist ein sternschnuppe gewesen aber danach dachte ich es war grösser und heller wie ein himmelskörper jedoch genauso schnell vorbei geflogen wie ein sternschuppe und es war vom 13.11.09 ca 23.uhr . bitte antworte ob ich echt ein komet gesehen ? was habe ich gesehen ?

  9. Michael Khan Antworten | Permalink

    An Frau Szabo

    Was Sie gesehen haben, weiß ich natürlich nicht, denn ich war nicht dabei. Aber wir können darüber reden, was das von Ihnen gesehene Objekt nicht war:

    Wenn sie es mit bloßem Auge gesehen haben, war es schon einmal nicht die Raumsonde Rosetta.

    Wenn es sich schnell bewegte, war es kein Komet. Es ist ohnehin in diesen Tagen kein Komet mit bloßem Auge am Himmel sichtbar. Wäre das so, hätten ihn viele Leute gesehen.

    Vielleicht war es eben doch eine Sternschnuppe? Warum nicht?

  10. Rudolf Uebbing Antworten | Permalink

    Keine Swing-By-Anomalie

    Keine Swing-By-Anomalie beim
    dritten Vorbeiflug

    Sh. http://webservices.esa.int/blog/post/5/916
    - daraus:

    "The resulting estimate was a magnitude of
    4 microns/s (retrograde) with a 1-sigma
    uncertainty of 44 microns/s. The difference
    in the quality of the data fit
    was absolutely negligible.
    For Rosetta's third and final
    Earth swingby, there was no anomaly."

    Auch dieses Beobachtungsresultat kann dazu
    genutzt werden, die mehrfach beobachteten
    Anomalien aufzuklären. Einer der Erklärungsversuche hatte
    zum Inhalt, dass
    nicht alle Auswirkungen der Relativitätstheorie
    in den Beobachtungsvorgang mit berücksichtigt
    worden seien. - Was mag der neueste Erkenntnisstand sein?

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