Stauriko
Einleitung Bearbeiten
Seit meiner Kindheit bin ich von der Astronomie und der Raumfahrt fasziniert. Nun versuche ich dieses Interesse und die Kenntnisse zu nutzen, um (u.a.) Diagramme und Grafiken anzufertigen, welche auf möglichst einfache und schnell zu verstehende Weise Themen und Problematiken wie Missionsverläufe oder Resultate aus Messdaten von Raumsonden (Ausdehnung der Heliosphäre, Swing-Bys, ...) darstellen. Glücklicherweise habe ich als Physiker etwas Erfahrung darin, was allerdings nicht bedeutet, dass mir nicht der ein oder andere Fehler passieren kann. Falls ihr einen solchen bemerkt würde ich diesen schnellstmöglichst berichtigen. Aber ich nehme auch gern andere Hinweise oder Wünsche für weitere Grafiken an und versuche diese umzusetzen (falls mir natürlich die Rohdaten zur Verfügung stehen).
Missions- und Geschwindigkeitsverläufe diverser Raumsonden Bearbeiten
Die bisherigen Geschwindigkeitsverläufe wurde auf Grundlage der JPL-Horizons-Ephemeriden[1] mit der Software OriginPro 8 erstellt. Der zukünftige Geschwindigkeitsverlauf wurde über einen (exponentiell abfallenden) Fit erzeugt. Ähnlich wurde mit der Berechnung der zukünftigen Daten verfahren wenn keine anderen Quellen vorlagen (z.B. für die Oortsche Wolke s.u.). Deshalb sind diese Daten meist nur eine Näherung. Mögliche Geschwindigkeits- und Kursänderungen z.B. durch den Vorbeiflug an einer anderen bisher unbekannten gravitativen Quelle können natürlich nicht ausgeschlossen werden.
Leider sind die genauen Ausmaße des Termination Shocks, des Heliosheaths und der Heliopause nicht bekannt. Bisher wurde diese Bereiche nur an zwei Punkten durch die Voyager-Sonden untersucht (File:Teilchendichte_Voyagersonden.jpg). Die Heliopause wurde bisher sogar nur von Voyager 1 durchflogen. Für die Heliosphären-Daten der anderen Sonden habe ich deshalb die Messungen der Voyager-Sonden zugrundegelegt. Da eine Kommunikation mit Pioneer 10 und 11 nicht mehr möglich ist, können diese Daten für diese Sonden leider weder belegt noch widerlegt werden.
Der Beginn der Inneren Oortschen Wolke wurde bei einer heliozentrischen Entfernung von etwa 2.000 AE [2] und das Ende der Äußeren Oortschen Wolke bei etwa 100.000 AE [3] angenommen.
Voyager 1 Bearbeiten
Voyager 2 Bearbeiten
Beim Vorbeiflug an Jupiter, an Saturn und an Uranus wurde ein positiver gravity assist (Erhöhung der heliozentrischen Geschwindigkeit) erzielt, da die Sonde "hinter" dem Planeten (bezogen auf die Bewegungsrichtung der Planeten) vorbeiflog. Am Neptun wurde allerdings die Sonde vor dem Planeten vorbeigeschickt wodurch es zu einer Verminderung der Geschwindigkeit kam. Grund hierfür war der geplante Vorbeiflug am Neptunmond Triton, welcher nur durch ein derartiges Manöver möglich war.[4]
New Horizons Bearbeiten
Pioneer 10 Bearbeiten
Interessant ist hier die extrem hohe Beschleunigung beim Jupiter-Flyby auf etwa 45 km/s. Laut NASA[5] lag die Maximalgeschwindigkeit bei diesem Manöver jedoch nur bei etwa 37 km/s. Leider wird hier keine Bezugsquelle genannt. Ich nehme an, dass hier als Bezugsquelle Jupiter genommen wurde, wodurch diese Differenz aufgrund der zusätzlich zu berücksichtigenden Bahngeschwindigkeit Jupiters zu erklären wäre.
Pioneer 11 Bearbeiten
Bemerkung: Durch den Flyby (Gravity assist) an Jupiter wurde die Sonde um mehr als 90° in Richtung Saturn und aus der Ekliptik heraus abgelenkt (bis maximal 15°). Da Saturn zu diesem Zeitpunkt auf der anderen Seite des Sonnensystems zu finden war näherte sich die Sonde zuerst wieder etwas der Sonne, wodurch auch die heliozentrische Geschwindigkeit kurzzeitig anstieg. (siehe Pioneer-11-Flugbahn)
Dieses Manöver erklärt auch die relativ geringe Fluchtgeschwindigkeit bei der Ankunft am Saturn speziell im Vergleich zu den später gestarteten Voyager-Sonden.
Weitere Grafiken in der Kategorie Raumfahrt Bearbeiten
Voyager 1 und Voyager 2 Bearbeiten
Die Diagramme der Teilchenraten wurden aus den Rohdaten der stetig aktualisierten [6] erstellt. Man erkennt deutlich eine mittlere Erhöhung der Rate der energieärmeren Teilchen (>0.5 MeV) beim Eindringen in den Heliosheath am Termination Shock. Aufgrund der Wechselwirkung der Teilchen des Sonnenwindes mit hochenergetischen Teilchen der interstellaren Materie kommt es einerseits zur Energieerhöhung dieser solaren Teilchen (Anormale kosmische Strahlung - ACR) sowie zur einer Verdichtung der Sonnenwindteilchen. Zu beachten ist hierbei, dass nichtwechselwirkende Teilchen des Sonnenwindes nur eine Energie bis etwa 10keV besitzen und überhaupt erst durch die Wechselwirkung hier direkt registriert werden. Andere höherenergetische Teilchen, welche in die LA1-Rate eingehen würden, sind beispielsweise Teilchen aus Sonnenflares (ca. 10 MeV) oder hochenergetische Teilchen aus den Strahlungsgürteln der Planeten (z.B. Van-Allen-Gürtel der Erde). Diese Teilchen können allerdings nicht diese Zunahme der LA1-Rate erklären, da sie entweder nur zeitlich begrenzt (Sonnenflares) sind oder in diesen Bereichen nicht vorkommen können. Zudem erkennt man, dass sich innerhalb des Heliosheath mit zunehmender Entfernung die PGH-Rate erhöht. Zur PGH-Rate tragen in erster Linie zwei kosmische Strahlungsarten bei, zu einen die bereits beschriebene ACR und zu anderen die Galaktische kosmische Strahlung (GCR) mit Energien von teilweise über 1GeV. Besonders die GCR sollte mit der Entfernung zur Sonne stetig zunehmen. An der Heliopause fällt nun die Rate der energieärmeren Teilchen ab. Da hier nur noch wenige Sonnenwindteilchen ankommen, auch nicht die der Sonnenflares, kommt es zu fast keiner Wechselwirkung dieser mit der GCR, wodurch auch die ACR deutlich abnimmt bzw. aufgrund nur weniger Wechselwirkungen energiereicher (> 70MeV - die ursprünglichen GCR-Teilchen) bzw. energieärmer bleibt (<0.5 MeV - die ursprünglichen solaren Partikel). Zusätzlich steigt dadurch auch die Dichte der GCR sprunghaft an, was anhand der PGH-Rate deutlich zu erkennen ist.
Dieser Graph wurde wiederum auf Grundlage der JPL-Horizons-Ephemeriden[1] erstellt. Zu sehen sind neben dem Geschwindigkeitsverlauf auch die zeitlich aufgelösten Swing-by-Manöver am Jupiter und am Saturn der Voyager-1-Sonde. Da Voyager 1 des weiteren auch nur etwa 6.500 km am Saturnmond Titan vorbeiflog erkennt man auch diesen Fly-by im Beschleunigungsverlauf (blaue Kurve), welcher allerdings aufgrund der wesentlich geringen Masse des Mondes im Vergleich zum Saturn zu keiner signifikanten Geschwindigkeitsänderung (schwarze Kurve) führte. Speziell durch die Geschwindigkeitserhöhung aufgrund des Swing-bys am Jupiters erreichte die Sonde die notwendige Fluchtgeschwindigkeit um das Sonnensystem verlassen zu können.
Einzelnachweise Bearbeiten
- ↑ a b JPL Horizons Ephemeris
- ↑ Luke Dones, Paul R Weissman, Harold F Levison, Martin J Duncan: Comets II. Hrsg.: Michel C. Festou. University of Arizona Press, 2004, Oort Cloud Formation and Dynamics, S. 153–173 (arizona.edu).
- ↑ Alessandro Morbidelli: Origin and dynamical evolution of comets and their reservoirs. arxiv:astro-ph/0512256
- ↑ Voyager 2 - Gravity assist
- ↑ NASA - The Pioneer Missions
- ↑ NASA - Voyager Cosmic Ray Subsystem