Was sucht Österreich im Weltraum? Wolfgang Baumjohann Institut für Weltraumforschung Österreichische Akademie der Wissenschaften 1 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Institut für Weltraumforschung Seit fast 40 Jahren aktiv in der Erforschung des erdnahen Weltraums und Sonnensystems 85 MitarbeiterInnen aus 12 Nationen in 3 Abteilungen Arbeitsgebiete: Instrumentenbau Erdschwerefeld Weltraumplasmaphysik Sonnensystemexploration 2 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Entwickeln, bauen, testen, messen Herausforderung: extreme Temperaturen energiereiche Strahlung Schockbelastung beim Start keine Reparaturmöglichkeit Spezielle Testeinrichtungen: Temperaturtestanlagen Vakuumkammern Magnetometerlabor Penetrometrie-Teststand Entwicklungsstufen: Labormodell Ingenieurmodell Qualifikationsmodell Flugmodell 3 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung 25 Missionen ― 95 Instrumente Satellitenmission Agentur Ziel Start Instrumente Venera 13/14 Spacelab 1 VEGA 1/2 Phobos AustroMIR Interball MIR Deep Space 1 Cassini/Huygens Equator-S Cluster Mars Express IKI ESA/NASA IKI IKI ASA/IKI IKI IKI NASA NASA/ESA DLR ESA ESA Venus Erdmagnetosphäre Venus, Komet Halley Mars, Phobos Erdmagnetosphäre Erdmagnetosphäre Erdmagnetosphäre Asteroid Braille, Komet Borrelly Saturn Erdmagnetosphäre Erdmagnetosphäre Mars 1981 1983 1984 1988 1991 1995 1997 1997 1997 1998 2000 2003 z z z z z z z z z z z z DoubleStar Rosetta Venus Express COROT STEREO THEMIS GOCE Yinghuo Radiation Belt Storm Probes BepiColombo Magnetospheric MultiScale Resonance Solar Orbiter CNSA/ESA ESA ESA CNES NASA NASA ESA CNSA NASA ESA/JAXA NASA IKI ESA/NASA Erdmagnetosphäre Komet Churyumov-Gerasimenko Venus Astronomie Sonne Erdmagnetosphäre Erdschwerefeld Mars Erdmagnetosphäre Merkur Erdmagnetosphäre Erdmagnetosphäre Sonne 2003 2004 2005 2006 2006 2007 2009 2011 2012 2014 2014 2015 2017 z z z z z z z z z z z z z z z z zzzz z zzz zzz zzzz z zzzz zzzz z zz zz zz 4 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Langzeitprojekte: 10-25 Jahre 5 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Huygens: entferntester Außenposten Zusammen mit dem Huygens-Lander der ESA landeten nach 8 Jahren Flugzeit im Januar 2005 mehrere Instrumente „made in Graz/Austria“ auf dem Saturnmond Titan. Im Abstieg erforschten diese Geräte die Atmosphäre des Mondes (Aerosole, Blitze, Windturbulenz; mehrere Veröffentlichungen in Nature). Mikrophon zur Messung von Windgeräuschen und -turbulenz 6 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Cluster: die Ernte wird eingefahren Cluster liefert erstmals Messergebnisse an vier Punkten: mehr als 180 Veröffentlichungen mit Grazer Beteiligung Federführung bei SatellitenPotenzialregelung Mitarbeit bei Entwicklung und Bau der Magnetometer Beteiligung an Elektronenstrahlexperiment, Ionenund Elektronenspektrometer Start: Sommer 2000 (ESA) Konzentration der Analyse auf Magnetosphärenschweif 7 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Rosetta: der lange Weg zum Kometen Auf der Rosetta-Raumsonde (Orbiter und Lander) sind fünf Instrumente aus Graz unterwegs zu einem Kometen. U.a. das erste für den Weltraum gebaute Rasterkraftmikroskop, das 2006 die erste Rasterkraftaufnahme im Weltraum gemacht hat. 1995: Instrumentauswahl 1996: 2004: 2014: 2016: 2018: Baubeginn Start mit Ariane 5 Ankunft bei Komet Ende der Messungen Ende der Auswertung Rasterkraftaufnahme eines Testgitters 8 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Die Venus Durchmesser: 12100 km Masse: 81,5% der Erdmasse Dichte: etwa Erddichte Umlaufzeit um die Sonne: 225 Tage Distanz zur Erde: 40 Mio. km Distanz zur Sonne: 108 Mio. km Dauer eines Venustages: 243 Tage Mittlere Temperatur: 456 °C Atmosphäre: CO2, N2 (92 bar) Kein eigenes Magnetfeld ? Wasser, Blitze 9 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Venus Express / VEXMAG Die Raumsonde Venus Express und ihre Instrumente wurden in nur drei Jahren fertig gestellt. Federführung Magnetometer Herausforderung: magnetisch unreine Sonde, kurzer Ausleger Beteiligung an Plasmadetektor Hauptziel: Untersuchung des Verlusts von (ionisierter) Venusatmosphäre an den Sonnenwind, Blitze Start: November 2005 (ESA) Erste Messungen im Sommer 2006 10 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Magnetische Barriere Überschall-Sonnenwind wird an Bugstoßwelle auf Unterschall abgebremst Bei Auftreffen auf Ionosphäre induziert Sonnenwind Magnetfeld in Atmosphäre Induziertes Magnetfeld ist Barriere und verhindert Eindringen des Sonnenwinds in Venusatmosphäre 11 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Wasserverlust in alle Richtungen Magnetische Wellen: Pick-up von Wasserstoff im Sonnenwind H+/O+ = 2:1 im Venusschweif 12 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Magnetisch „hörbare“ Blitze Blitze in Venusatmosphäre erzeugen magnetische „Pfiffe“ Blitze zwischen Wolken in 50-60 km Höhe Etwa halb so viele Blitze wie auf Erde 13 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Der Merkur Durchmesser: 4900 km Masse: 5,5% der Erdmasse Dichte: etwa Erddichte, aber... Umlaufzeit um die Sonne: 88 Tage Distanz zur Erde: 82 Mio. km Distanz zur Sonne: 46-70 Mio. km Dauer eines Merkurtages: 59 Tage Mittlere Temperatur: 167 °C Atmosphäre: fast keine (10-15 bar) Eigenes (schwaches) Magnetfeld ? Hohe Dichte, Magnetfeld 14 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Gewaltiger Crash Vor 4,5 Milliarden Jahren: Großer Asteroid schlägt ein Leichtes Gestein (Kruste und Mantel) wird vom Sonnenwind verweht 2% Gestein trifft Venus 0.02% Gestein trifft Erde Schweres Eisen (Kern) ballt sich wieder zusammen und bildet mit Gesteinsrest heutigen Merkur [Benz et al., 2007] 15 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Mariner 10 entdeckte Magnetfeld NASA-Sonde Mariner-10 entdeckte 1974-1975 bei 3 Vorbeiflügen überraschend ein planetares Magnetfeld [Ness et al., 1975] 16 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung BepiColombo Die beiden BepiColomboRaumsonden, MMO & MPO, untersuchen die Merkuroberfläche, sein Inneres und seine Magnetosphäre. Federführung bei Magnetometer auf japanischem MMO Federführung bei IonenKamera auf europäischem MPO Mitarbeit bei Magnetometer auf europäischem MPO Start: 2014 (ESA/JAXA) 17 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung BepiColombo: Einzelne Elemente MMO Hitzeschild MPO Transfermodul 18 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung BepiColombo: Auf dem Weg MMO Hitzeschild MPO Transfermodul 19 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung BepiColombo: Start und LEO-Phase 20 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung BepiColombo: Checkout im Erdorbit 21 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung BepiColombo: Interplanetare Reise 22 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung BepiColombo: Ankunft am Merkur 23 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Warum … Wofür … Weswegen? ¾ Wissenschaftliche Fragestellungen im Vordergrund: Plasmaphysik des erdnahen Weltraums bei Cluster-Mission Entstehung des Sonnensystems bei Rosetta-Mission Vergleichende Planetologie bei Venus Express, BepiColombo Erdschwerefeld und Ozeanströmungen bei GOCE-Mission ¾ Wirtschaftlich-gesellschaftliche Bedeutung: Wissenschaftliches Verständnis unserer Umgebung ist Grundlage für notwendige Vorhersagen (Weltraumwetter) Industrie kann beim Bau von wissenschaftlichen Weltrauminstrumenten das notwendige Know-how für das kommerzielle Weltraumgeschäft erwerben Begeistern der Jugend für Wissenschaft und Technik Wolfgang Baumjohann, IWF Graz 24 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Der wahre Grund Untitled über dem Nebelmeer Wanderer David Southwood, 20051818 Caspar David Friedrich, 25 Österreichische Akademie der Wissenschaften Institut für Weltraumforschung Danke 26