Zum Jupiter oder zum Saturn?

1. Februar 2009 von Michael Khan in Raumfahrt

Wie bereits im Blog von Rainer Gerhards erwähnt: Die Auswahl der nächsten großen Mission ins äußere Sonnensystem steht an.
Umfassende Vorstudien sind bereits abgeschlossen. Im Wesentlichen stehen folgende zwei Optionen zur Auswahl für eine gewaltige internationale Kraftanstrengung.

  • Eine Mission zum Jupiter und den galileischen Monden, insbesondere Europa und Ganymed im Anschluss der aufgrund eines technischen Versagens, das die Verwendung der Hauptantenne verhinderte, nur eingeschränkt erfolgreichen amerikanisch-deutschen Mission Galileo, die im Jahre 2003 mit dem gezielten Absturz der Raumsonde endete. Die neue Mission wird einen amerikanischen Europa-Orbiter und einen europäischen Ganymed-Orbiter umfassen und damit unter anderem die Langzeituntersuchung beider Himmelskörper gestatten. Ihnen könnte sich ein japanischer Orbiter zur Untersuchung der Magnetosphäre sowie ein russischer Europa-Lander hinzugesellen - also ein regelrechter Generalangriff! Galileo, der in einer elliptischen Bahn um Jupiter blieb, konnte die Monde nur bei Vorbeiflügen aus der Nähe untersuchen. Näheres dazu hier.
  • Grafik der Sonden der geplanten SaturnmissionEine weitere Mission zu Saturn und insbesondere seinem größten Mond Titan, gewissermaßen als Fortsetzung der aktuellen, phänomenal erfolgreichen NASA-ESA-Mission Cassini-Huygens. Ein Orbiter wird in eine Bahn um Titan positioniert, nachdem er in einer ersten Missionsphase bereits Saturn selbst sowie andere Monde, insbesondere den kryovulkanisch aktiven Enceladus näher untersucht hat. Es soll ein schwimmender Lander in einem der kürzlich nachgewiesenen Kohlenwasserstoffseen niedergehen, zudem soll ein Heißluftballon in der dichten Titanatmosphäre schweben und diese sowie auch die Umgebung und den Boden erkunden. Näheres dazu hier.

Es ist aber klar, dass zunächst nur eine dieser Missionen gemacht werden wird. Die Anhänger der "unterlegenen" Mission werden sich - möglicherweise lange - gedulden müssen.

Der "Sieger" steht keinesfalls schon von vorneherein fest.

Nachdem Aufnahmen der Raumsonde Galileo nahelegten, dass der Jupitermond Europa wahrscheinlich unter einer stellenweise relativ dünnen Eisschicht einen flüssigen Ozean enthält, der durch den durch Gravitationseffekte beständig "durchgekneteten" und dadurch erhitzten Gesteinskern des Mondes am Gefrieren gehindert wird, konzentrierte sich das Interesse der Wissenschaftler, darunter auch der Exobiologen, auf diesen Himmelskörper.

Flüssiges Wasser! Wärme! Mineralstoffe aus dem heißen Kern! Wahrscheinlich auch massenhaft organische Materie, noch aus der Akkretion des Jupitersystems, das in seiner Komplexität ja schon fast einem Sonnensystem gleichkommt. Da scheinen doch zumindest die notwendigen Ingredenzien für die Bildung von Leben gegeben sein. In der Tat ist und bleibt Europa einer der Körper im Sonnensystem, bei dem die diesbezüglichen Chancen nicht schlecht stehen.

Erst in den letzten Jahren rückte das Saturnsystem verstärkt ins Zentrum des wissenschaftlichen Interesses, nachdem sich dank Cassini und vor allem Huygens herausgestellt hatte, dass dieser wahrscheinlich außergewöhnlichste Mond im Sonnensystem in seiner einzigartig dichten Atmosphäre ein aktives Wettergeschehen mit einem Methanzyklus, Abflussgebiete und sogar Seen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen und möglicherweise aktiven Kryovulkanismus aufweist.

Unklar ist, welcher Mechanismus den Kryovulkanismus aufrechterhält, die "Durchknetung" im Gravitationsgradienten des Zentralplaneten, bedingt durch die durch Störungen anderer großer Monde aufgezwungene Bahn, ist im Fall von Titan nicht plausibel. Aber was auch immer den Kryovulkanismus erzeugt - es gibt dazu verschiedene Theorien - er wurde beim viel kleineren Saturnmond Enceladus eindeutig beobachtet, und auch beim Titan gibt es dafür Indizien.

Auf Titan findet man also: Eine Atmosphäre reich an komplexen Kohlenwasserstoff-Stickstoff-Verbindungen, unter der Oberfläche zumindest lokal Wärme sowie möglicherweise zeitweise flüssiges Wasser.

Kein Wunder, dass das Interesse groß ist, vielleicht mittlerweile größer als das am Jupitersystem. Dies kann allerdings auch einfach daran liegen, dass man über das Saturnsystem und Titan mittlerweile einfach sehr mehr weiß als über Jupiter und die galileischen Monde, weil aktuell eine moderne Raumsonde Monat für Monat neue Sturzbäche an Daten Richtung Erde pumpt, was beim Jupiter nicht der Fall ist.

Es ist keine einfache Aufgabe, sich für die eine oder die andere Mission zu entscheiden. Selbst wenn man die Sache nur vom wissenschaftlichen Standpunkt aus betrachtet, fällt eine sachliche Abwägung schwer.

Aber die wissenschaftlichen Argumente allein sind nicht ausschlaggebend. Bei einer Mission dieser Größenordnung muss man auch die technologischen Aspekte berücksichtigen und damit verbunden, die Erfolgschancen und die Risiken. Was können wir schon? Was müssen wir noch hinzulernen, um die Mission zum Erfolg zu bringen? Ist das zu heben?

Natürlich soll, wie bei jeder Raumfahrtmission, die Lernkurve steil sein. Sonst geht es ja nicht voran. Aber sie darf auch nicht zu steil sein, sonst gerät die Mission in einen politisch tödlichen Strudel aus Verzögerungen und Kostensteigerungen.

Meine Meinung

Ich vermute und hoffe, man wird sich für die Jupitermission entscheiden. Begründung:

  • Jupiter ist einfach mal wieder dran. Insbesondere, weil jetzt erstmals funktionierende Sonden auf dem neuesten Stand der Technik zum Einsatz kommen werden. Es wäre unausgewogen, Saturn und seine Monde, die ja noch bis weit ins nächste Jahrzehnt hinein von Cassini untersucht werden, nun nochmals zu favorisieren. Das Jupitersystem ist einfach zu interessant, um es nochmals jahrzehntelang zu vernachlässigen. Die Saturn-Experten werden noch viele Jahre mit der Auswertung der Cassini-Huygens-Daten beschäftigt sein. Den Jupiter-Experten dagegen gehen die frischen Daten aus - will man verhindern, dass dieser Zweig der Wissenschaft verkümmert, bedarf es bald einer neuen Mission. 
  • Der wissenschaftliche Ertrag sollte, bei fairer Abwägung aller Umstände, mindestens mit dem einer Saturnmission gleichziehen. 
  • Sehr interessant ist die gleichzeitiger Datenerhebung von verschiedenen Orten, in diesem Fall  verschiedenen Monden, durch verschiedene Raumsonden. So wird ein ausgewogenes Bild des Jupitersystems gewonnen
  • Nicht zuletzt: beim Vergleich der technischen Anstrengungen, die erforderlich ist, halte ich die Jupitermission dann doch für realistischer. Anspruchsvoll sind ohnehin beide. Aber die Jupitermission ist in vielerlei Hinsicht immer den entscheidenden Tick machbarer.

Allerdings ist da alles nur meine persönliche Meinung und keine verlässliche Vorhersage. Den Lotto-Jackpot habe ich auch nicht geknackt.

Mehr Information

Bericht der gemeinsamen NASA-ESA-Vorstudie zu einer gemeinsamen Mission ins Jupitersystem

Bericht der gemeinsamen NASA-ESA-Vorstudie zu einer gemeinsamen Mission ins Saturnsystem

NASA-Webseite mit diesen und weiteren informationen zur Missionsplanung

Nature-Artikel zur wissenschaftlichen Evaluation beider Missionen

Sehr gut gemachte Präsentation zur TSSM-Mission, unter wissenschaftlichen Gesichtspunkten


15 Kommentare zu “Zum Jupiter oder zum Saturn?”

  1. Martin Huhn Antworten | Permalink

    "Wie bereits von Rainer Gerhards erwähnt"

    Das ist nicht ganz korrekt. Der Cassini Blog ist von Rainer Gerhards, aber der Beitrag ist Lars-C. Depka. Es handelt sich um einen Gastbeitrag.

  2. Fischer Antworten | Permalink

    Bin auch für Jupiter, ich möchte endlich mal hochaufgelöste Bilder vom Vulkanismus auf Io.

  3. Michael Khan Antworten | Permalink

    @Martin Huhn

    Danke für den Hinweis, ich habe es jetzt berücksichtigt.

  4. Marco Antworten | Permalink

    Was ist mit Uranus und Neptun?

    Fällt man eine solche Entscheidung nicht danach, wo am meisten zusätzliche Erkenntnis zu holen ist? Erdmond, Mars und Venus sind schon recht oft angeflogen worden. Missionen zu Erdmond, Merkur, Venus, Mars, Saturn und sogar Pluto (beim Start von "New Horizons" noch ein "richtiger" Planet) laufen gerade. Auch das Jupitersystem wurde schon mehrfach angeflogen.
    Uranus (1986) und Neptun (1989) haben dagegen nur je einen Vorbeiflug zu verzeichnen. Wenn man sich mal die phantastische Entwicklung der Technik seither klar macht, dann müßten doch bei einer Mission zu einem oder beiden Planeten spektakulär neue Bilder und Forschungsergebnisse möglich sein. Wäre es da nicht sinnvoll, diese beiden etwas vernachlässigten Planeten auch mal wieder anzufliegen?
    Sind die Kosten sehr viel höher als bei einer Jupiter/Saturnmission? Oder gibt es nicht so viele günstige "Startfenster"?

  5. adenosine Antworten | Permalink

    Wieso geht es denn nicht mal in die Orksche Wolke zu den Kleinplaneten. Kann man bei Jupiter und Saturn denn wirklich noch was überraschendes finden oder geht’s da nur zum Lokalkolorit.

  6. Michael Khan Antworten | Permalink

    @Godwael

    Guter Punkt, Hauptziele der Jupitermission wären zwar Europa und Ganymed, allerdings kämen auch andere Monde in den Genuss naher Verbeiflüge, darunter sicher auch Io.

    Letzterer allerdings sicher nicht allzu oft, schließlich wird man versuchen, die Raumsonden für ihre eigentliche Bestimmung zu schonen und sie nicht über Gebühr der in der Umgebung des Io-Torus sehr intensiven Korpuskularstrahlung auszusetzen.

  7. Michael Khan Antworten | Permalink

    @Marco: Uranus und Neptun?

    Ihr Kommentar enthält eine Menge guter Punkte, auf die ich kurz eingehe.

    1.) Wie beschrieben: der Erkenntnisgewinn ist eines der Auswahlkriterien. Allerdings ist bei diesem Erkenntnisgewinn nicht allein die Tiefe, sondern auch die Breite von Bedeutung (will man sich auf einen Koerper konzentrieren oder das gesamte Mondsystem verstehen?). Hinzu kommen aber auch der technologische Aspekt sowie Risiko und Machbarkeit. Die Schwierigkeiten solcher Missionen werden gern mal unterschätzt.

    2.) Zum Erkenntnisgewinn beim Saturn- bzw. Jupiter-System (insbesondere Titan, Europa und Ganymed) gesellt sich hier eine Besonderheit, die ich im Blog-Artikel erwähnt habe, nämlich die Tatsache, dass hier durchaus Bedingungen vorherrschen koennten, die die Entstehung von Leben zulassen. Das macht diese Missionen besonders wichtig und interessant.

    3.) Uranus ist 4mal so weit von der Sonne wie Jupiter und doppelt so weit wie Saturn, bei Neptun steigen diese Abstände nochmals um die Hälfte. Diese Zahlen sagen zwar nicht alles, geben aber doch ein Indiz für Aufwand und Dauer von Missionen dorthin. Die mir bekannten Studien für Missionen zum Uranus oder Neptun (inklusive Einschuss in die Bahn um den Planeten) gehen von reinen Reisedauern von 17-20 Jahren aus. Daran wird sich, sofern nicht ganz neue Arten der Energieversorgung und des Antriebs erfunden werden, auch nichts ändern. Natürlich sind auch lange Missionen machbar - aber Schwierigkeiten, Kosten, und Risiko steigen dabei stark an - der Vergleich mit "New Horizons" ist hier nicht unbedingt aussagekräftig.

    Natürlich sollte man auch die entfernteren Planeten im Sonnensystem nicht vernachlässigen. Aber alles zu seiner Zeit. Welche Mission auch gewinnt, die zu Jupiter oder die zu Saturn, sie wird einen erheblichen technischen und wissenschaftlichen Schritt vom Status Quo darstellen, und ich freue mich darauf.

  8. Michael Khan Antworten | Permalink

    @adenosine: In die Oortsche Wolke?!

    Missionen in die Oortsche Wolke sind weder nach heutigem noch nach absehbarem Stand der Technik realistisch. Wahrscheinlich meinen Sie aber den Kuipergürtel, wo die unlängst entdeckten Kleinplaneten ihre Bahnen ziehen.

    Sicher koennte man (und man wird es hoffentlich auch) Missionen zu zu diesen Zwergplaneten machen, aber das wären schnelle Vorbeiflüge wie bei New Horizons, mehr ist nicht drin.

    Was man dagegen mit einer Langzeitbeobachtung von Europa oder Titan herausfinden koennte, ist eine Aussage darüber, wie die Umstände dort in Bezug auf Leben sind - eine Frage, die sich weder im Kuipergürtel noch bei Uranus und Neptun stellt.

    Orbiter um Europa und Ganymed bzw. ein Titan-Orbiter mit Lander und Atmosphärenballon sind ein großer Schritt weiter als das, was man bisher hatte und konnte, es sind wirkliche Schritte vorwärts zur Erforschung der faszinierendsten Regionen in unserem Sonnensystem.

  9. Michael Khan Antworten | Permalink

    Juno

    Ich habe vielleicht den falschen Eindruck erweckt, dass überhaupt keine Mission mehr zum Saturn geplant ist, bis (falls) die hier beschriebene Mission EJSM startet.

    Ich hätte die Mission "Juno" erwähnen sollen, die schon 2011 startet, 2016 am Jupiter ankommt und dann ein Jahr lang auf einer polaren, elliptischen Bahn den Planeten und sein Magnetfeld erforschen wird. Die Raumsonde wird dabei auf ihrem jupiternächsten Punkt schon fast die Atmosphäre des Gasriesen streifen.

    Hier ist die Webseite der Mission:

    http://juno.wisc.edu/

    Die Instrumentenausstattung, hier beschrieben ....

    http://juno.wisc.edu/...ft/Juno-Payload-System.jpg

    ... ist allerdings deutlich auf den Einsatzzweck fokussiert. Für die Erforschung der Monde ist sie nicht geeignet, ebensowenig wie die polare Bahn, auf der sie den Planeten umlaufen wird.

    Dennoch ist Juno für EJSM sehr wichtig, denn sie wird wesentliche Daten zur Charakterisierung des starken Magnetfelds und des Teilchendichteflusses in der Umgebung des Gasriesen liefern - diese Daten brauchen die Ingenieure für die Auslegung des bei EJSM von der NASA beigesteuerten Europa-Orbiters, der so gebaut sein muss, dass er die hohen Strahlungsdosen verträgt, denen er im Orbit um Europa ausgesetzt sein wird.

  10. Marco Antworten | Permalink

    @Michael Khan: Vielen Dank für die schnelle Antwort. Wenn für das ausgewählte Projekt mit einer Ankunftszeit um 2030 gerechnet wird, wie Rainer Gerhard schreibt, dann werde ich vielleicht die Ankunft eines zukünftigen Uranus/Neptun-Orbiters gar nicht mehr erleben. Das wird ja wohl selbst bei optimistischen Annahmen kaum vor 2040 der Fall sein, eher 2050 :-(
    Und ein Uranus-Neptun-Vorbeiflug-Projekt à la "New Horizons" ist auch nicht machbar?
    @adenosine:
    Ich habe vor dem Start von New Horizons mal einen Vortrag über diese Mission gehört. Da hieß es, man wolle mit der Sonde auch an etwa zwei Kuiper Belt Objekten nah vorbeifliegen. Da man im Moment ständig neue Objekte dort entdeckt, ist aber noch nicht entschieden, welche Objekte anvisiert werden. Der Vorbeiflug an Pluto soll 2015 stattfinden.
    Einen Durchflug der Oortschen Wolke wird keiner, der dies hier liest, noch erleben. Keine der in den siebziger Jahren gestarteten Raumsonden (Voyager 1+2, Pioneer ist auch nur annähernd so weit. Am weitesten hat es die 1977 gestartete Sonde Voyager 1 gebracht, nämlich 108,895 Astronomische Einheiten (16,35 Mrd. km oder etwa 15 Lichtstunden). Die innere Grenze der Oortschen Wolke wird bei etwa 2000-5000 Astronomischen Einheiten vermutet (ca. 11-28 Lichttage). Bis die Sonde dort ist, wird sie keinen Mucks mehr von sich geben und vielleicht wird sich auch niemand mehr auf der Erde an diese Sonde erinnern.

  11. adenosine Antworten | Permalink

    Und wann kann man den Sonden mal mehr Speed geben, um in vertretbarer Zeit ins äußere System zu kommen? Da wurde doch schon mal öfters über einen Ionenantrieb geschrieben?

  12. Michael Khan Antworten | Permalink

    @Marco: Missionsdauer

    Es ist richtig, dass man bei solchen Missionen von langen Dauern ausgehen muss. Das liegt in der Natur der Sache, den weiten Strecken und großen Energiedifferenzen, die überwunden werden müssen.

    Bei beiden studierten Missionen geht man von einem Start im Jahre 2020 aus. Wenn man jetzt mit der Entwicklung loslegt und konzentriert arbeitet, ist das auch zu schaffen.

    Die Jupiter-Mission hat rund 5 Jahre Transferzeit, wie man den von mir verlinkten Informationen entnehmen kann. Ankunft am Juputer is 2025, dann folgen noch rund 2 Jahre "Tour" um Jupiter mit vielfachen Mondvorbeiflügen (so wie Galileo oder auch Cassini), bis endlich die jeweiligen Zielmonde erreicht werden. Die wirkliche Jupitersystem-Wissenschaft beginnt also schon 2025, die detaillierte Untersuchung von Europa und Ganymed laut Plan 2028.

    Der Transfer zum Saturn dauert länger, dann folgen auch noch 2 Jahre Tour, also wird man in der Tat erst 2029/30 am Ziel sein.

  13. Michael Khan Antworten | Permalink

    @adenosine: Andere Baustelle

    Die Sonde einfach nur zu beschleunigen, damit man schneller zu einem der Zwergplaneten im Kuipergürtel hinkommt, ist nicht so sehr das Thema.

    Wesentlich ist aber, dass ein schneller Transfer immer eine hyperbolische Sonnenflucht sein wird. Da rauscht man dann, wie auch New Horizons, nach 10 Jahren Transfer mit fast 40000 km/h an dem Zielobjekt vorbei und hat gerade eine halbe Stunde, während der man einigermaßen nahe dran ist und hochaufgeloeste Daten bekommt.

    Etwa so, als würde man eine Stadtbesichtigung aus einem tieffliegenden Düsenjäger vornehmen.

    Gut, bei Pluto geht es momentan nicht anders, dann schon lieber so als gar keine Daten. Aber vergleichbar mit den vorgeschlagenenen Missionen zu Jupiter oder Saturn ist so etwas keineswegs.

    Was Ionenantrieb angeht, der hilft einem bei Missionen ins äußere Sonnensystem nicht wirklich weiter. Ionenantriebe nützen im inneren Sonnensystem etwas, und auch da meist nur bei kleinen Raumsonden. Die vorgeschlagene Saturnmission soll zwar auch einen Ionenantrieb einsetzen, daber auch nur in Sonnennähe, und um die Nutzmasse zu erhoehen, nicht um die Flugdauer zu verkürzen.

    Von Ionenantrieb sollte man sich nicht allzu viel erhoffen. Die meisten Versprechungen, die dazu gemacht wurden, koennen nicht erfüllt werden.

    http://www.kosmologs.de/...2008-02-18/ionenantrieb

  14. Michael Khan Antworten | Permalink

    Entscheidung am Donnerstag!

    Die Entscheidung, welche der beiden Missionen letztendlich gewählt wurde, wird am Donnerstag, dem 12.2.2009 bekanntgegeben.

    Fans der einen oder anderen Mission moegen ihrem Favoriten den Daumen druecken.

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