MEX-Blog: Wie versteckt man sich hinter Mars?

22. März 2014 von Michael Khan in Mars, Raumfahrt, Technik

Der neue Artikel vom 21.3. im MEX-Blog der ESA befasst sich mit der Frage, wie genau man denn eine Mars-Sonde dazu bewegen kann, sich hinter dem roten Planeten zu verstecken, und ob das alle Probleme löst, vor dem die Bedienermannschaft steht, wenn sie die ESA-Sonde Mars Express für den bevorstehenden nahen Vorbeiflug des Kometen C/2013 A1 (Siding Spring) am 19.10.2014 um 18:30 UTC rüsten will.

Mars, gesehen aus der Anflugrichtung des Kometen, mit der Bahn der Sonde Mars Express und den Punkten auf der Bahn, an denen sich die Sonde zu den genannten Uhrzeiten befinden würde, wenn es kein ausweichmanöver gäbe.

Mars, gesehen aus der Anflugrichtung des Kometen, mit der Bahn der Sonde Mars Express und den Punkten auf der Bahn, an denen sich die Sonde zu den genannten Uhrzeiten befinden würde, wenn es kein Ausweichmanöver gäbe. Alle Zeiten: UTC. Quelle: Michael Khan/ESA


6 Kommentare zu “MEX-Blog: Wie versteckt man sich hinter Mars?”

  1. Martin Holzherr Antworten | Permalink

    Bis zum 19.Oktober - Mars-Passage von Siding Spring - dauert es ja noch ein paar Monate. Da genügt tatsächlich ein kleiner Energiestupper um die Mars-Express-Bahnperide so zu verlängern, dass sich diese Mars Sonde im entscheidenden Moment - dann wenn der Komet am nächsten ist - gerade hinter dem Mars befindet. Auch wenn er nur eine halbe Stunde hinter dem Mars ist, so hat der Komet in dieser Zeit doch 90'000 Kilometer zurückgelegt. Für eine Schneeballschlacht wie im MEX-Artikel zum Vergleich abgebildet, wäre das doch eine recht grosse Distanz zwischen den beiden gegnerischen Parteien. Ob das auch für einen Kometen ein genügend grosser Sicherheitsabstand ist, ist schwer zu beurteilen. Dass man Kometen überhaupt von blossem Auge sieht, auch wenn sie weiter entfernt sind als Venus und Mars bedeutet wohl schon, dass ein grosser Teil ihrer Masse mindestens vorübergehend einen Raum einnimmt, der denjenigen von Mars und Venus erreicht oder gar übersteigt.

  2. Martin Holzherr Antworten | Permalink

    Die Ansichten über die Gefahren insbesondere des COMA (materieller Usprung des Schweifs) des Kometen Siding Spring für Satelliten in der Marsumlaufbahn gehen recht weit auseinander.
    Während die einen einen massiven Meteorschauer über Mars niedergehen sehen, gehen andere davon aus, dass der Komet überhaupt kein Material auf den Mars und seine Umlaufbahnen absetzen wird.
    Emily Lakdawalla hat sich in Will comet Siding Spring make a meteor shower on Mars? beim Astronomen Mike Kelley kundig gemacht Das war allerdings bereits vor einem Jahr. Dieser Mike Kelley hat die Begegnung Komet-Mars sogar simuliert und kommt zu folgendem Resultat:

    With this in mind, I examined the distance between Mars and the comet's tail. The comet is currently predicted to pass Mars at a distance of about 100,000 km. Unfortunately, the comet's tail is more or less pointed away from Mars during the close encounter. In other words, it doesn't really come any closer to Mars than this distance.
    So, can the coma be ~100,000 km in size? If small dust grains are ejected at a few tens of m/s, it only needs to be ejected a month or two before the closest approach to Mars to travel this distance in the absence of radiation pressure. But accounting for radiation pressure any dust this old will be pushed far down the tail, and since the tail is pointed away from Mars... no meteors. I ran a short 3D simulation that agrees with this assessment.

    Es gibt aber mindestens ein wissenschaftliches Paper, das sich explizit und sehr detailliert mit dem Risiko durch Siding Spring für Mars Express auseinandersetzt und schon im Abstract folgendes erwähnt:
    " We find, for a surface of 2.7  m2, that the Mars Express spacecraft will experience approximately 10 impacts from particles larger than 100 μm in size.... The event will last approximately 5 h in total, and peak around 20:00 ut (Earth ut time). "

    Das eben zitierte Papier kommt also zu einem völlig anderen Schluss als der Astronom Mike Kelly. Das Papier verwendet sogar den Begriff "Meteor Hurrikan". für den äusserst starken Meteor Schauer, den es erwartet und schreiben über ihn

    ... five orders of magnitude higher than any meteor storm ever observed on Earth using modern techniques (we recall that during the 2001 Leonids earth the measured ZHR was close to 3000 h−1). Although other spectacular meteor showers have been witnessed, even the 1966 Leonids at Earth (ZHR ≃ 106 h−1) was still two to three orders of magnitude lower than what will happen at Mars in 2014

    Ich wundere mich schon, dass auch heute noch so unterschiedliche Einschätzungen durch Astronomen für ein solches Ereignis möglich sind. Liegt das allein an den unterschiedlichen Publikationsdaten? Das eben erwähnte Papier wurde im November 2013 eingereicht, Mike Kellys Aussagen stammen vom März 2013. Kaum, denn dass der Kometenschweif nicht direkt auf den Mars zeigen wird war schon früh bekannt und ob die Passage nun in 130'000, 100'000 oder 80'000 Kilomter vom Mars entfernt stattfindet sollte keine entscheidende Rolle spielen.

    • Michael Khan Antworten | Permalink

      Wenn man zwei Astronomen fragt, kriegt man drei Antworten. Das ist so wie bei Ärzten. Dann obliegt es dem Fragenden, sich zu überlegen, wem er Glauben schenken will.

      Zur Aussage des Herrn Mike Kelly: Da kann ich nicht wirklich nachvollziehen, wie er auf seine Einschätzung kommt "the comet's tail is more or less pointed away from Mars during the close encounter". Das stimmt nämlich überhaupt nicht.

      Also, hier ist die Vorbeiflugbahn des Kometen relativ zu einem Referenzsystem, das mit Mars mitfliegt und dessen x-y-Ebene entlang der Bahnebene des Planeten ausgerichtet ist.

      Man sieht: Der Komet fliegt knapp zwischen Mars und Sonne, allerdings im Moment der größten Annäherung ein ganzes Stück oberhalb der Bahnebene von Mars. Würde man das Ganze in einem Referenzsystem betrachten, das an der Bahnebene des Kometen orientiert ist, würde man sehen, dass Mars etwa 105 Minuten nach der größten Annäherung die Bahnebene des Kometen kreuzt, und zwar wiederum auf der sonnenabgewandten Seite.

      Jeglicher Staub fliegt irgendwann von der Sonne weg. Der von vorneherein in sonnenabgewandter Richtung ausgestoßene sowieso, und der in zur Sonne hin ausgestoßene auch irgendwann. Die Frage ist nur wann. Der Solardruck wirkt auf Staubpartikel wegen ihrer relativ großen Fläche, bezogen auf die sehr geringe Masse, sehr stark. Unterhalb einer bestimmten Partikelgröße ist das sogar die dominierende Kraft, sie überwiegt für ganz kleine Teilchen die gravbitationelle Anziehungskraft durch die Sonne. Bei mikroskopischen Partikeln hat man aber auch Ionisierung und darauffolgend eine starke Beschleunigung entlang der Magnetfeldlinien, also auch weg von der Sonne. Generell kann man Dissoziation und in deren Folge Ionisation erwarten.

      Das geschieht in der Übergangszone zwischen Coma und Schweif. Deswegen gibt es ja überhaupt einen Schweif.

      Die mikroskopischen Partikel werden mit relativ hohen Geschwindigkeiten ausgestoßen, bis zu 100 m/s oder mehr. Mit der Geschwindigkeit fliegen sie erst einmal weg. Wenn sie zur Sonne hin fliegen, werden sie abgebremst und irgendwann kehrt sich ihre Geschwindigkeitskomponente relativ zur Sonne um. Dasselbe geschieht mit größeren Partikeln. Die sind mit viel geringerer Geschwindigkeit ausgestoßen worden, aber auch die Solardruckbeschleunigung ist geringer. Aber selbst 1 m/s ist immer noch ein Vielfaches der Fluchtgeschwindigkeit. Deswegen fliegt jeglicher Staub erst einmal linear weg.

      Während dieser Zeit haben sich die Teilchen, die ja in alle Richtungen ausgestoßen werden können, auch ein erhebliches Stück vom Kometenkern entfernt. Bei 1 m/s Anfangsgeschwindigkeit relativ zum Mern pro Tag 86.4 km. Bei 100 m/s Anfangsgeschwindigkeit pro Tag 86400 km. Ich sehe also a priori überhaupt kein Problem für Staub, trotz der etwas versetzten Vorbeiflugbahn des Kometen den Mars zu erreichen, und damit auch Mars Express.

      Das Problem bei dieser Sache ist aber, dass es eine ganze Menge Unbekannter gint,. Zunächst einmal wissen wir gat nicht genau, welche Aktivität der Komet in den Wochen vor der Begegnung haben wird, und damit wissen wir auch nicht, welche Flussdichten an ausgestoßenen Teilchen zu erwarten sind. Dann wissen wir auch nicht genau die Verteilung der Flussdichte über die Teilchengröße. Ferner gibt es Unsicherheiten über die Modellierung der Störkräfte. Am Ende ist die Unsicherheit bei der Berechnung der Impaktwahrscheinlichkeit ganz erheblich.

  3. Martin Holzherr Antworten | Permalink

    " Am Ende ist die Unsicherheit bei der Berechnung der Impaktwahrscheinlichkeit ganz erheblich." Damit ist wohl die Impaktwahrscheinlichkeit von Kometenteilchen gemeint nicht die Wahrscheinlichkeit, dass Siding Spring mit dem Mars kollidiert.
    Nun ihre Beschreibung dessen was zu erwarten ist weicht ja sowohl von derjenigen Mike Kelleys also auch von derjenigen im verlinkten Papier ab indem sie hohe Unsicherheiten bei der Voraussage der Schweifentwicklung annehmen, während das verlinkte Papier fröhlich superexakte Voraussagen macht der Art "that the Mars Express spacecraft will experience approximately 10 impacts from particles larger than 100 μm in size."

    Nützlich wäre vielleicht eine Art Konsensuversuch und ein daraus hervorgehendes Papier. Die Astronomen, die sich mit dem Ereignis beschäftigen und darüber publizieren sollten sich also gegenseitig über die Schulter schauen und in einen Meinungsbildungsprozess ein besseres Bild der zu erwartenden Prozesse entwerfen samt Wahrscheinlichkeit.

    • Michael Khan Antworten | Permalink

      Damit ist wohl die Impaktwahrscheinlichkeit von Kometenteilchen gemeint nicht die Wahrscheinlichkeit, dass Siding Spring mit dem Mars kollidiert.

      Ehrlich gesagt - den Kommentar kann ich jetzt wirklich nicht einordnen. Es geht in der ganzen Diskussion doch um die Impaktwahrscheinlichkeit durch Kometenstaub auf die Raumsonde Mars Express. Auch in dem Kommentar, auf den Sie antworten, rede ich von nichts anderem, als wie sich Staub nach dem Ausstoßen aus dem Kern ausbreitet und wie groß Coma und Schweif sind.

      Waren meine Ausführungen wirklich so unklar, dass nicht einmal verständlich wurde, worum es geht? Das wäre natürlich schlimm - dann müsste ich wirklich an mir arbeiten. Zumal ich wirklich nicht sehe, wo ich mich derartig unklar ausgedrückt hätte.

      Es ist im Übrigen keineswegs so, dass das Kontrollteam beim ESOC ganz allein vor sich hinwerkelt, um das Impaktrisiko zu beziffern und die geeignetsten Gegenmaßnahmen zu treffen. Sollte dieser Eindruck entstanden sind, so ist er absolut unzutreffend. Es ist vielmehr so, dass von verschiedener Seite Expertise eingeholt wird. Es gibt Experten in anderen Projekten, zuvorderst natürlich Rosetta, aber auch noch Giotto. Und natürlich gibt es Wissenschaftler in Europa, die sich mit der Beobachtung von Kometen und der Modellierung von Coma und Schweif und der Staubausbreitung darin befassen. Selbstverständlich wird auch deren Meinung eingeholt (siehe der erste Satz in meinem vorhergehenden Kommentar).

      Aber mit Wissenschaftlern ist das ja immer so eine Sache. Da gibt es zunächst einmal die Schnellschießer, und auf der anderen Seite des Spektrums diejenigen, die sich am liebsten erst festlegen würden, wenn der Komet sein Perihel passiert haben wird. Und irgendwo mitten drin gibt es ein Team von Ingenieuren, die eine Raumsonde steuern, die seit 10 Jahren treue Dienste leistet und wahrscheinlich noch eion paar Jahre weiter funktionieren könnte. Diese Leute sind schon zufrieden, wenn sie etwas tun können, das geeignet ist, das Schadensrisiko für ihre Sonde von, sagen wir, 10% auf 5% zu reduzieren.

      Und zwar müssen die Leute das bald wissen, denn das Manöver, um die Phase auf der Bahn zu verändern, wird umso teurer, je länger man abwartet. Ferner wollen andere Wissenschaftler, nämlich die, die Instrumente an Bord von Mars Express betreiben, einen Update des Beobachtunsplans für viele Monate voraus nach Durchführung dieses Manövers haben. Dieses Update kostet eine Menge Arbeit, und damit Zeit. Ein weiterer Grund, weswegen man nicht noch ewig zuwarten kann.

      • Martin Holzherr Antworten | Permalink

        Noch mal besten Dank für die Ausführungen. Dass sich die "Berechnung der Impaktwahrscheinlichkeit" auf Impakte von Kometenstaub mit Mars Express bezog nahm ich schon an, allerdings las ich, als ich das schrieb, gerade davon, die Wahrscheinlichkeit eines Impakts von Siding Spring mit dem Mars sei jetzt so und so gross, wobei eine extrem kleine Zahl angegeben wurde.

        Wenn ich mich jetzt erinnere, so passierte es tatsächlich schon mehrmals, dass Kometen sich ganz anders entwickelten als vorausgesagt. Wer also superexakte Prognosen macht, dem muss man von vornherein misstrauen. So berechenbar sind Kometen nicht.

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