Zehn Jahre Dawn-Mission: Aufbruch in eine Welt aus Eis

Zehn Jahre Dawn-Mission: Aufbruch in eine Welt aus Eis

Krater, Wasser und ein Eis-Vulkan: 2007 ist die Raumsonde Dawn aufgebrochen, um den Zwergplaneten Ceres zu erkunden. Sie liefert Bilder aus nächster Nähe. Ergebnisse der Forscher in Bildern.

Zwergplanet

Heute (27.09.2017) vor genau zehn Jahren wurde die NASA-Mission Dawn zur Erforschung des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres von Cape Canaveral ins All geschossen. "Unsere Raumsonde hat alle Erwartungen übertroffen", erläutert Planetenforscher Chris Russell von der University of California in Los Angeles. "Sie liefert erstaunliche Einblicke in diese beiden faszinierenden Himmelskörper." Insgesamt hat die Sonde biser sechs Milliarden Kilometer zurück gelegt, so die NASA.

Heute (27.09.2017) vor genau zehn Jahren wurde die NASA-Mission Dawn zur Erforschung des Asteroiden Vesta und des Zwergplaneten Ceres von Cape Canaveral ins All geschossen. "Unsere Raumsonde hat alle Erwartungen übertroffen", erläutert Planetenforscher Chris Russell von der University of California in Los Angeles. "Sie liefert erstaunliche Einblicke in diese beiden faszinierenden Himmelskörper." Insgesamt hat die Sonde biser sechs Milliarden Kilometer zurück gelegt, so die NASA.

Dawn hat bisher über 88.000 Bilder angefertigt, die den Zwergplaneten und den Asteroiden aus verschiedenen Blickwinkeln zeigen. Obwohl die Erwartungen an die Mission längst erfüllt und übertroffen wurden, könne Dawn mit den verbliebenen Treibstoffreserven noch bis mindestens Mitte 2019 Ceres weiter erkunden, so das Deutsche Zetrum für Luft- und Raumfahrt in Köln (DLR). Die Sonde wird angetrieben durch Ionen. Im Gegensatz zum klassischen Raketenantrieb, der seinen Schub durch chemische Verbrennung erzielt, wird bei einem Ionenantrieb Edelgas durch elektrische Energie ionisiert.

Ein Ergebnis der Mission war, dass Ceres einmal gelebt hat. Jedenfalls hat es der Zwergplanet vor nicht allzulanger Zeit getan, genauer: vor ein paar 100 Millionen Jahren. Der Ahuna Mons, hier in einer simulierten Darstellung vom September 2016, ist nach Ansicht der Nasa-Experten ein Vulkan - Beweis für geologische Aktivitäten. Mit denen hat niemand gerechnet, weil Ceres eigentlich zu klein ist, um Wärme im Innern lange zu halten. Allerdings ist der Kegelberg, der wegen seiner Form schnell den Spitznamen "Große Pyramide von Ceres" bekam, kein normaler Vulkan, sondern ein "Kryovulkan". Denn er hat kein geschmolzenes Gestein ausgeworfen, sondern eine Mischung aus Wasser, etwas Gestein und Salzen - eine weitere Überraschung. Eine Entdeckung, die auch die Glitzerflecken erklären könnte, die die Forscher seit Monaten beschäftigen.

Dieser Krater, aufgenommen im April 2016, wurde aus einer Höhe von 385 Kilometern fotografiert: der Haulani-Krater. Er hat einen Durchmesser von 34 Kilometern. Auf den Bildern sei zu erkennen, dass es dort Erdrutsche gegeben habe, erklärte das Forscherteam. "Haulani zeigt genau die Eigenschaften, die wir von einem frischen Einschlag auf der Oberfläche von Ceres erwarten würden", sagte Martin Hoffmann vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, der Teil des Teams der "Dawn"-Mission ist. 

Ein neues Bild von "Occator": Der Krater hat die Experten auf der Erde von Anfang fasziniert, weil er besonders heftig glitzerte. Warum, war ein Rätsel, das inzwischen dank immer schärferer Bilder und neuer Daten gelöst wurde: Vermutlich bestehen die Flecken, die auch aus dem Dunkel anderer Krater herauf leuchten, schlicht aus getrockneten Mineralsalzen. Allerdings zeigen die Fotos aus 385 Kilometern Höhe immer neue Details - die die Forscher prompt vor neue Rätsel stellen. Statt durchgehend hell wie im vergangenen Jahr präsentiert sich der Krater auf diesem jüngst veröffentlichten Foto mit Rissen, Brüchen und einer Wölbung in der Mitte. "Das weist auf geologische Aktivität in der jüngsten Vergangenheit hin", sagt DLR-Planetenforscher Ralf Jaumann. Ob die These stimmt, muss aber erst die Auswertung der Daten zeigen, die "Dawn" zuverlässig zur Erde schickt.

So nah kam"Dawn" dem Zwergplaneten noch nie: Im März 2015 schwenkte sie in die Umlaufbahn um Ceres ein, im Dezember erreichte sie ihre niedrigste Umlaufbahn. Seitdem schickt sie aus 385 Kilometern Höhe Bilder, die gestochen scharf sind - so wie dieses von "Kupalo", einer der vielen Krater auf der Oberfläche. Der sieht so ganz anders aus, wie man es von anderen Einschlagskratern kennt: kein Berg in der Mitte, stattdessen eine mehr als sieben Kilometer lange Bergkette und andere Erhebungen. Der Grund, so die Experten des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung: Die Asteroiden prallten nicht auf reines Gestein, sondern auf Wassereis, das dann schmolz und wieder erstarrte.

Dass gefrorenes Wasser unter der Oberfläche gespeichert ist, hatten die Wissenschaftler schon vermutet. Damals kamen sie der Lösung eines Rätsels etwas näher, das sie schon seit Monaten beschäftigte: Was hat es mit den hellen Flecken auf sich, die aus dem Dunkel der großen Krater leuchten? Die Nasa-Raumsonde "Dawn" hatte immer wieder Fotos von den mehr als 100 glitzernden Stellen geschickt, eine mögliche Erklärung dafür gab es Anfang Dezember: Vermutlich handelt es sich um Magnesiumsulfat, das im gefrorenen Wasser gespeichert war und im Sonnenlicht verdampfte, als Asteroiden auf die Oberfläche prallten. Ein Prozess, der immer noch im Gange ist: Manche Aufnahmen des hier abgebildeteten Occator-Kraters zeigen auch einen Nebelschleier, besonders mittags, wenn die Sonne bis auf den Kraterboden reicht - vermutlich salzhaltiger Wasserdampf. Die Wissenschaftler wollen aber erst weitere Daten auswerten, ehe sie sich festlegen. Viele phantasiebegabte User, die sich an einer Nasa-Umfrage beteiligten, dürften jetzt schon enttäuscht sein: Um eine Alien-Stadt handelt es sich mit ziemlicher Sicherheit nicht.

Die jüngsten Bilder aus der kurzen Distanz zeigen, wie abwechslungsreich die Oberfläche des Zwergplaneten ist. Kupalo ist flach, der Krater mit feinem Material gefüllt. Messor dagegen ist auf der ganzen Breite von 40 Kilometern mit Einschlagkratern übersät - ein Beleg dafür, dass er älter ist als Kupalo. Die wellenförmigen Erhebungen werden von Material gebildet, das von den Rändern nach innen rutschte: ein ungewöhnliches Muster, dokumentiert mit einer Auflösung vom 35 Metern pro Pixel.

Spektakuläre Aufnahmen vom Zwergplaneten Ceres gibt es immer wieder. Aber dieses Bild, das die gesamte Oberfläche wie auf einer ausgerollten Karte präsentiert, ist nicht nur schön anzusehen, es steckt auch voller Informationen: Die Falschfarben zeigen Höhen (weiß), Tiefen (blau) und stark reflektierende, hier grün markierte Regionen. Die Unterschiede sind zwar nicht so massiv wie bei Vesta, den die Raumsonde "Dawn" auf ihrem Weg durchs All fotografiert hat. Aber extrem spannend ist die Topographie trotzdem.

Hier sind die Glitzerflecken deutlich zu erkennen, die in der Mitte des Kraters "Occator" liegen. Diese hellen Punkte, die sich über den ganzen Zwergplaneten verteilen, bereiten den Experten immer noch Kopfzerbrechen. Und Ceres wartet mit immer neuen Überraschungen auf: "Dawns" Instrumente registrierten drei Elektronen-Ausbrüche. "Wir hätten nicht gedacht, dass möglicherweise heute noch aktive Prozesse auf der Oberfläche zu finden sind", staunte Ralf Jaumann vom Deutschen Luft- und Raumzentrum (DLR). Die Frage ist:

Acht Jahre war die Raumsonde "Dawn" unterwegs, dann hatte sie den Zwergplaneten Ceres erreicht. Seit dem 06.03.2015 umkreist sie ihn, nähert sich ganz langsam und wechselt so immer wieder die "Arbeitsposition". Seit Mitte August beträgt der Abstand zur Oberfläche nur noch 1.470 Kilometer - fast 3.000 Kilometer weniger als bisher. Ein Ergebnis sind Bilder wie dieses vom pyramidenförmigen Berg, das am 25.08.2015 veröffentlicht wurde. Sechs Kilometer hoch und mit auffällig hellen Streifen an seinen steilen Hängen: eine Formation, die die Wissenschaftler fasziniert, weil der Berg mit nichts zu vergleichen ist, was sie aus unserem Sonnensystem kennen. Woraus besteht er? Wie ist er entstanden? Die "Große Pyramide von Ceres", wie sie nach ihrer Entdeckung Ende Juni 2015 getauft wurde, steckt voller Rätsel.

"Einiges, was wir sehen, haben wir so noch nirgendwo sonst im Sonnenstern entdeckt", sagt Ralf Jaumann vom Deutschen Luft- und Raumzentrum (DLR) - mit Ausnahme der Erde, "da gibt es ja fast alles". Diese Aufnahme zeigt einen Krater mit abgerutschten Wänden, der einen älteren fast abdeckt. Ceres' Kruste, so die Schlussfolgerung der Experten, scheint nicht sehr stabil zu sein.

Bewegte Vergangenheit: Auch diese Detail-Aufnahme aus dem Inneren des Uvara-Kraters zeigt feine Rissen an der Bergkette und Rutschungen am Kraterrand - vermutlich sind dort große Blöcke abgebrochen und nach innen gerutscht.

Uvara ist übrigens der Name einer indischen Gottheit, die für Pflanzen und Felder zuständig ist. Andere Krater heißen Dantu (wie der ghanaische Gott des Maisanbaus), Kerwan (ein Hopi-Geist sprießenden Weizens) oder Haulani (die hawaianische Pflanzengöttin). Getauft wurden sie in Anlehnung an Ceres, der römischen Göttin des Ackerbaus. Haulani hieß vorher schlicht "Spot 1".

Die Krater sind bis zu 160 Kilometer groß und mehrere Kilometer tief. Wie zerklüftet die Oberfläche des Zwergplaneten ist, zeigt dieses Falschfarbenaufnahme, die Wissenschaftler aus älteren Aufnahmen montiert haben: Zwischen dunkelblau und weiß, also zwischen Kraterböden und Berggipfeln, liegen 15 Kilometer Höhenunterschied.

Geradezu gespenstisch wirken die hellen Flecken, die aus dem Occator-Krater herauf scheinen. Wissenschaftler hatten zwei Glitzer-Punkte schon auf Fotos aus der Anflugphase entdeckt und waren darüber in helle Aufregung geraten. Ist es gefrorenes Wasser? Wo kommt es dann her - und gibt es unter der Oberfläche vielleicht noch mehr davon? Das erste, aber nicht das einzige Rätsel, das Ceres birgt.

Ein Höcker am Horizont: Hier ein früher Blick auf den pyramidenförmigen Berg, der sich aus der Oberfläche erhebt. Ceres wirft immer neue Fragen auf, je länger die Mission dauert. Eigentlich hatten sich die Experten Antworten erhofft. Denn Ceres ist ein echtes Fossil - ein Himmelskörper, der vermutlich immer wieder von Jupiters Anziehungskraft zerrissen wurde und es deswegen nicht zum "richtigen" Planeten geschafft hat. Seitdem kreist er mit Tausenden von anderen Asteroiden zwischen Mars und Jupiter durch das All. Für die Wissenschaftler auf der 500 Millionen Kilometer entfernten Erde ist er ein ganz besonderes Objekt, eine Art Fliege im Bernstein: An Ceres, so hofften sie, würde sich ablesen lassen, wie unser Sonnensystem vor 4,5 Milliarden Jahren entstand.

Der Name ist Programm: "Dawn", also Morgendämmerung, taufte die NASA ihre Sonde, die sie 2007 ins All schickte. 1,6 Meter lang, knapp 750 Kilo schwer und vollgestopft mit Instrumenten, die ständig Daten zur Erde funken: erst vom Asteroiden Vesta, dann von Ceres. Ihre kostbarste Fracht trägt Dawn obenauf: Die "Framing Camera", eine Spezialkamera, die von deutschen Experten entwickelt wurde. Anders als ihr "Bruder", die Osiris-Kamera der Rosetta-Mission, hat sie keinen klingenden Namen - aber sie hat es in sich.

Die "Framing Camera" wiegt gerade mal 5,5 Kilo und hat keinen Zoom, aber sie ist hocheffizient. Sie kann Flächen, die größer als 40 Quadratmeter sind, scharf abbilden - aus unterschiedlichsten Perspektiven und in ganz unterschiedlichen Lichtverhältnissen. Anhand der Bilder, die sie macht, wollen die Forscher nicht nur die Oberfläche von Ceres erkunden und Karten erstellen, sondern auch Rückschlüsse auf das Innere ziehen. Die Kamera ist also für den Erfolg der Mission entscheidend - deswegen gibt es gleich zwei Exemplare an Bord, Motto: "Doppelt hält besser".

Wie gut sie funktioniert, stellte die Kamera vor drei Jahren unter Beweis, als die Sonde einen Zwischenstopp beim Asteroiden Vesta einlegte. 14 Monate lang umkreiste sie den Körper und schickte mehr als 28.000 Bilder und 18 Millionen Daten. Aus denen konnten die Planetenforscher errechnen, dass Vesta trocken, felsig und erstaunlich zerfurcht ist, mit einer festen Kruste und einem eisenhaltigen Kern. Fast erdähnlich also.

Aber auch die kleine Vesta hielt Überraschungen bereit: ein riesiges, 500 Kilometer breites Einschlagsbecken, hier blau gefärbt. und ein Berg, der doppelt so hoch ist wie der Mount Everest - auf der Aufnahme in rot, gelb und grün zu sehen. Solch spektakuläre Farb-Aufnahmen sind aus Tausenden von Einzelbildern zusammen gesetzt und erlauben einen ganz neuen Blick auf den Himmelskörper.

Darauf hoffen die Wissenschaftler auch bei Ceres. Bis vor ein paar Monaten mussten sie sich mit Bildern begnügen, die das Weltraumteleskop "Hubble" lieferte, wie dieses aus 241 Millionen Kilometern Entfernung. Aber so pixelig es ist: Es war auch eine Art Appetithappen. Denn schon darauf waren hellere und dunkle Regionen zu erkennen, dazu merkwürdige Flecken. Als eine Infrarotkamera das Vorhandensein von Wasserdampf meldete, wuchs die Spannung.

Im Dezember 2014 endlich das erste "Dawn"-Foto: Aus 1,2 Millionen Kilometern wirkt Ceres noch sehr weit weg und schwarz wie Kohle. Die Dunkelheit ist typisch für Asteroiden, sie reflektieren nur wenig Sonnenlicht. Eine besondere Herausforderung für die Kamera - der mysteriöse Punkt ist trotzdem zu erkennen.

Einen Monat später: Aus 383.000 Kilometern Höhe werden erste Details sichtbar. Das Bild ist unbearbeitet und wirkt deswegen sehr grob.

Tag für Tag kommt Dawn dem Zwergplaneten näher. Die Kamera kann dabei nur die Regionen fotografieren, die sich während des neunstündigen Ceres-Tages ins Sonnenlicht drehen.

Hier zeigt sich Ceres von der Vorder- und der Rückseite. Links ist die Oberfläche mit einem 250 Kilometer langen, bogenförmigen Steilhang und einem Krater darüber zu sehen. Die Oberfläche ist tief zernarbt - warum, ist noch unklar. Waren es Meteoriten, die von außen einschlugen? Oder hat Ceres sein Inneres ausgespuckt?

Die Wissenschaftler haben noch keine Beweise, aber sie vermuten, dass Ceres ein wahrer Eisklumpen ist - mit einer 100 Kilometer dicken Kruste aus staubigem Wassereis und einem Ozean darunter. Eine mögliche Erklärung für den Wasserdampf, der schon vor Jahren nachgewiesen wurde. Vielleicht gibt es auch Geysire, so die Forscher, aus denen Gas gespuckt wird. Andere halten es für möglich, dass es eine Atmosphäre gibt. "Biologische Reaktionen", wie es vorsichtig genannt wird, wären dann durchaus denkbar.

Ceres in voller Schönheit: Die Wissenschaftler haben die Aufnahmen, die aus 46.000 Kilometern Höhe gemacht wurden, zu einem Bilder-Teppich zusammengefügt. In der unteren linken Bildhälfte ein 300 Kilometer breites Becken mit ungewöhnlich flachem Rand, rechts oben der Krater mit den beiden hellen Flecken, die vielleicht Wasser, vielleicht auch Salz reflektieren. Was die Bilder zeigen: Es gibt noch mehr dieser mysteriösen Punkte.

Stand: 27.09.2017, 15:00 Uhr