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NASA-Raumsonde Dawn Abenddämmerung für die Morgenröte

Nach rund elf Jahren im All und fast sieben Milliarden Kilometern Reise ist der Raumsonde Dawn der Treibstoff ausgegangen. Ihre Mission ist damit zu Ende, doch den Forschern hat sie viele Daten und Bilder zum Auswerten hinterlassen.

Stand: 06.11.2018

Am 1. November 2018 teilte die US-Raumfahrtbehörde NASA mit, dass die Raumsonde Dawn verstummt sei. Sie habe zwei geplante Kommunikationsfenster verpasst. Nachdem alle anderen Gründe dafür ausgeschlossen werden konnten, geht die NASA davon aus, dass Dawn wie erwartet der Treibstoff ausgegangen ist. "#DuskForDawn (deutsch: Abenddämmerung für die Morgenröte)" kommentierte die NASA das Ende der Mission via Twitter. Die Sonde kann nicht mehr mit den Forschern auf der Erde kommunizieren. Sie wird aber wohl noch Jahrzehnte auf ihrer derzeitigen Umlaufbahn um den Zwergplaneten Ceres bleiben.

Im Tiefflug über den Zwergplaneten Ceres

Anfang Juni 2018 war die NASA-Sonde Dawn auf eine neue Umlaufbahn um Ceres eingeschwenkt. Dabei kam sie dem Zwergplaneten so nah wie nie zuvor: Ihre stark elliptische Flugbahn führte sie stellenweise auf weniger als fünfzig Kilometer an Ceres' Oberfläche heran.

Dawns letztes Abenteuer bei Ceres

Am nördlichen Rand des Occator-Kraters sind Erdrutsche zu sehen. Dawn machte diese Aufnahme am 16. Juni 2018 aus etwa 33 Kilometer Höhe.

Dawn umkreist den Zwergplaneten Ceres seit März 2015 und schickte eifrig Fotos von dessen Oberfläche zur Erde: Bei einer Auflösung von bis zu fünf Metern pro Pixel wurden erstaunliche Details erkennbar. Doch die NASA wusste, dass man sich darüber nicht allzu lange würde freuen können: Wie erwartet ging Dawns Treibstoff Ende Oktober zu Ende. Doch bis dahin verfolgten die beteiligten Wissenschaftler gespannt den letzten Teil ihres Abenteuers.

"Diese letzte Missionsphase wird besonders spannend."

Andreas Nathues, Leiter des Dawn-Kamerateams, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

Farbbilder von Ceres' Dantu-Krater

Dawn zeigt uns den Dantu-Krater auf Ceres aus 500 Kilometern Entfernung. Zu sehen sind Salzablagerungen und feine Risse.

Das Kamerasystem, das unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen entstand, hat viele faszinierende Fotos zur Erde geschickt. Die beiden Dawn-Kameras haben auch Bilder aus der Übergangsumlaufbahn aufgenommen. Dabei sind unter anderem Farbaufnahmen des Dantu-Kraters entstanden, die helle Salzablagerungen auf dem Kraterboden und ein feines Geflecht aus Rissen zeigen. Die Forscher vermuten, dass an diesen Stellen in der Vergangenheit Material aus der Tiefe aufgestiegen ist und den Kraterboden angehoben hat, bis er aufriss.

Der Zwergplanet Ceres

Ceres wurde 1801 entdeckt und trägt den Namen der römischen Göttin des Ackerbaus. Ceres befindet sich in rund 400 Millionen Kilometern Entfernung zur Sonne im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter, also genau zwischen den Gesteins- und Gasplaneten. Der Zwergplanet ist mit fast tausend Kilometern Durchmesser der größte Himmelskörper in diesem Asteroidengürtel. Ob er ursprünglich weiter außen im Sonnensystem angesiedelt war und irgendwann weiter nach innen wanderte - oder ob er immer schon zum inneren Sonnensystem gehörte und Wasser wie bei uns erst später dazu kam, ist noch nicht geklärt.

Im Occator-Krater auf Ceres verdampft Wasser

Der Occator-Krater auf Ceres: die hellste Struktur auf dem Zwergplaneten

Eine Vielzahl an weißen Flecken hat Dawn bereits während des Anflugs auf Ceres entdeckt. Mehr als 130 solcher auffallend heller Stellen wurden bislang gezählt. Der hellste Fleck findet sich in der Mitte des sogenannten Occator-Kraters, einem Meteoriteneinschlagskrater von rund neunzig Kilometern Durchmesser. Auf Aufnahmen, die Dawn vom Kraterinneren gemacht hat, lässt sich bei Sonneneinstrahlung Dunst über dem Kraterboden erkennen. Der Nebel deutet darauf hin, dass sich nahe der Oberfläche gefrorenes Wasser befindet, welches durch Spalten emporsteigt und dabei kleine Partikel mitreißt. "Es ist eine Art langsames Ausdünsten", berichtet Andreas Nathues, wissenschaftlicher Leiter des Dawn-Kamerateams vom MPS im Dezember 2015.

"Wir sehen aktuell wahrscheinlich Überreste eines Verdunstungsprozesses, der an verschiedenen Stellen verschieden weit fortgeschritten ist. Möglicherweise handelt es sich dabei um das Endstadium einer vormals noch aktiveren Periode."

Andreas Nathues, Leiter des Dawn-Kamerateams, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung

Mineralsalze in Kraternähe

Rot markiert: einige der 130 hellen Flecken auf Ceres. Oben links sieht man den Occator-Krater, oben rechts ist der Oxo-Krater.

Das Licht, das die hellen Stellen auf Ceres ins All reflektieren, unterscheidet sich von dem aus anderen, dunkleren Regionen. Es enthält zum Beispiel einen größeren Anteil an blauem Licht. Vergleiche mit verschiedensten Materialien, die die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Sonnenforschung im Labor untersucht haben, ließen schon länger darauf schließen, dass sich dort auch Mineralsalze befinden. "Ceres' Salze treten an der Oberfläche stark lokalisiert auf", berichtet Martin Hoffmann vom MPS. Fast alle Fundorte liegen in oder in der Nähe von größeren und kleineren Kratern. Der eishaltige Occator-Krater ist ein verhältnismäßig junges Exemplar: Die Wissenschaftler schätzen ihn wegen seines scharfkantigen Rands und der wenigen Einschläge am Boden auf circa 78 Millionen Jahre.

Ein besonderes Salz: Soda

Natriumkarbonat auf Ceres

Maria Cristina De Sanctis vom Institut für Astrophysik in Rom und Forschungsleiterin für das Infrarot-Spektrometer der Sonde Dawn hat die chemische Zusammensetzung der Mineralien im Occator-Krater untersucht. Das Ergebnis verkündet sie Ende Juni 2016: Es handelt sich dabei größtenteils um Natriumkarbonat, ein Salz der Kohlensäure, auch als Soda bekannt. Ebenfalls nachweisen konnte sie kleine Anteile von Silikatmineralen und Ammoniumkarbonat.

Auch der Oxo-Krater ist ein eisiger Jungspund

Der Oxo-Krater auf Ceres besitzt einen Durchmesser von zehn Kilometern.

Auch die Untersuchungen von Ceres' zweithellster Struktur, dem etwa zehn Kilometer großen Oxo-Krater, lassen auf Eis schließen. Oxo ist wie der sehr helle Occator vergleichsweise jung. Auch bei ihm wurde austretender Dunst entdeckt. "Wir sehen hier wahrscheinlich an der Oberfläche frei liegendes Eis", erklärt Andreas Nathues.

Auf Ceres verdampft Eis, Salz bleibt zurück

Bei wasserlosen Kratern stammt die helle Färbung wahrscheinlich von Mineralsalzen, die im Laufe der Zeit ausgetrocknet sind. "Die plausibelste Interpretation unserer Ergebnisse ist, dass sich unter der Oberfläche von Ceres zumindest stellenweise eine Mischung aus Eis und Salzen erstreckt", fasst Andreas Nathues zusammen. Durch Asteroideneinschläge könnte das Material freigelegt werden. Dann verdampft das Eis nach und nach, das Salz bleibt zurück.

Wie viel Wassereis gibt es auf Ceres?

Illustration der Dawn-Sonde

Nathues schätzt, dass der Wassereisgehalt in Ceres' Mantel und an der Oberfläche rund 25 Prozent ausmachen könnte. Ein Forscherteam um Michael Bland vom U.S. Geological Survey in Flagstaff, Arizona, vermutet im Juni 2016 nicht mehr als vierzig Prozent Wassereis unter der Ceres-Oberfläche. Bei einem hohen Anteil von Wassereis direkt unter der Oberfläche würden die Einschlagskrater in geologisch vergleichsweise kurzen Zeiträumen langsam zerfließen, viele der beobachteten Krater auf Ceres seien jedoch Milliarden Jahre alt. Der Rest sei eine Mischung aus Gestein und Salzen.

Wo gibt es Wasser im Sonnensystem?

Ceres im Asteroiden-Hauptgürtel

Die Frage, wo und wie Wasser überhaupt auf Planeten vorkommt, ist deshalb interessant, weil sie etwas mit dem Unterschied zwischen Gas- und Gesteinsplaneten zu tun hat. Denn vor 4,5 Milliarden Jahren ist das meiste Wasser von den sonnennahen Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars verdampft. Ursprünglich konnte sich Wasser nur fern der Sonne in größeren Mengen halten, beispielsweise bei den Gasplaneten. Das Wasser, über das wir heute auf der Erde so reichlich verfügen, kam erst später wieder auf unseren Planeten.

Kilometerhoher Vulkan auf Ceres

Vulkan Ahuna Mons auf Ceres

Ceres besitzt auch einen Vulkan: Wissenschaftler entdeckten einen etwa vier bis fünf Kilometer hohen isolierten Bergkegel, dessen Form stark irdischen Vulkanen ähnelt. Im September 2016 berichtet ein Team vom MPS, dass es sich dabei jedoch nicht wie bei uns um silikatischen Vulkanismus handeln kann, bei dem Gestein schmilzt und an die Oberfläche dringt. "Die von Ahuna Mons ausgeworfene Lava besteht aus flüssigem Wasser, Eis, silikatischen Partikeln sowie im Wasser gelösten Salzen", berichtet Thomas Platz, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Dawn-Kamerateam. Ahuna Mons ist demnach ein sogenannter Kryovulkan. Da aus Ahuna Mons geschmolzenes Eis aufsteigt, muss es unter Ceres' Oberfläche warm sein. Woher diese Wärme kommt, ist noch unklar. Weil sich um den Bergkegel nur wenige Einschlagskrater finden, attestieren die Forscher Ahuna Mons ein Alter von etwa 70 bis 200 Millionen Jahren. Ceres, der vor rund 4,6 Milliarden Jahren entstanden ist, könnte demnach noch bis vor relativ kurzer Zeit aktiv gewesen sein.

22 zerflossene Eisvulkane identifiziert

Weil Ahuna Mons so jung ist, gingen Geologen davon aus, dass der Kryovulkanismus auf Ceres schon vorher eingesetzt haben muss. In einer Studie, die im September 2018 in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, zeigen Forscher aus Arizona, USA, dass auf Ceres zahlreiche Eisvulkane existiert haben. Im Schnitt sei demnach auf Ceres alle 50 Millionen Jahre ein neuer Eisvulkan entstanden, 22 zerflossene Eisvulkane konnten die Forscherinnen und Forscher nachweisen. Die Eisvulkane spielten eine große Rolle für die Oberflächenstruktur des Zwergplaneten.

Weltraumkamera aus Deutschland

Ein wesentlicher Teil der Technik an Bord der Raumsonde Dawn stammt aus Deutschland: Das Kamerasystem wurde unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin und dem Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze in Braunschweig entwickelt und gebaut. Geleitet wird die Dawn-Mission vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA.

Sanfte Annäherung an Ceres, aber auch nicht mehr

Ceres ist kein leichtes Ziel für eine Weltraummission: Es ist nicht ganz einfach, in den Orbit eines Zwergplaneten zu gelangen, denn seine Anziehungskraft ist gering. Dawn musste sich ganz allmählich an Ceres heranschrauben. Von März bis Dezember 2015 dauerte der langsame Sinkflug, mit dem sich die Sonde von einer Umlaufbahn mit 13.600 Kilometern Abstand auf nur noch 385 Kilometer der Oberfläche näherte. Aber die Lenker von Dawn haben Geduld: Gestartet ist Dawn im September 2007. 2011 erreichte die Sonde den Asteroiden Vesta und untersuchte ihn mehr als ein Jahr lang. Seit März 2015 kreist Dawn um den Zwergplaneten Ceres.

Wie lange Dawn noch Aufnahmen zur Erde senden kann, ist unklar. In einigen Monaten dürfte der Mission der Treibstoff ausgehen und die Kommunikation enden. Weil das Dawn-Team Ceres nicht mit Erdmaterial kontaminieren will, soll die Raumsonde dann auf einer stabilen Umlaufbahn um den Zwergplaneten verbleiben und nicht auf ihn niedergehen.


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