Wenn das Huygens-Raumschiff der Europäischen Weltraumorganisation am 14. Januar in die Atmosphäre des Saturnmondes Titan eintaucht, helfen Radioteleskope des National Radio Astronomy Observatory (NRAO) der National Science Foundation internationalen Wissenschaftlerteams dabei, die größtmögliche Menge an unersetzbaren Informationen zu extrahieren Ein Experiment, das in der Geschichte der Menschheit einzigartig ist. Huygens ist die 700-Pfund-Sonde, die das größere Cassini-Raumschiff auf einer Mission begleitet hat, den Saturn, seine Ringe und seine zahlreichen Monde gründlich zu erkunden.
Das Robert C. Byrd Green Bank-Teleskop (GBT) in West Virginia und acht der zehn Teleskope des kontinentweiten Very Long Baseline Array (VLBA) in Pie Town und Los Alamos, New Mexico, Fort Davis, Texas, North Liberty , IA, Kitt Peak, AZ, Brewster, WA, Owens Valley, CA, und Mauna Kea, HI, erhalten während des Abstiegs direkt das schwache Signal von Huygens.
Zusammen mit anderen Radioteleskopen in Australien, Japan und China werden die NRAO-Einrichtungen die Informationen über Titan und seine Atmosphäre, die durch die Huygens-Mission gewonnen werden, erheblich verbessern. Ein von Europa geführtes Team wird die Radioteleskope verwenden, um die Position der Sonde während des Abstiegs äußerst genau zu messen, während sich ein von den USA geführtes Team darauf konzentrieren wird, Messungen der Abstiegsgeschwindigkeit der Sonde und der Bewegungsrichtung zu erfassen. Die Radioteleskopmessungen liefern Daten, die für ein umfassendes Verständnis der Winde, denen Huygens in der Titanatmosphäre begegnet, von entscheidender Bedeutung sind.
Derzeit wissen Wissenschaftler wenig über die Winde von Titan. Daten aus dem Vorbeiflug des Raumfahrzeugs Voyager I aus dem Jahr 1980 zeigten, dass Ost-West-Winde 225 Meilen pro Stunde oder mehr erreichen können. Nord-Süd-Winde und mögliche vertikale Winde sind zwar wahrscheinlich viel schwächer, können aber dennoch signifikant sein. Es gibt konkurrierende theoretische Modelle der Winde von Titan, und das Gesamtbild lässt sich am besten als schlecht verstanden zusammenfassen. Vorhersagen darüber, wo die Huygens-Sonde landen wird, reichen von fast 250 Meilen östlich bis fast 125 Meilen westlich des Punktes, an dem der Fallschirm zum ersten Mal eingesetzt wird, je nachdem, welches Windmodell verwendet wird. Was tatsächlich mit der Sonde passiert, wenn sie ihren Fallschirm durch die Titanatmosphäre senkt, gibt Wissenschaftlern die beste Gelegenheit, etwas über die Winde von Titan zu lernen.
Während des Abstiegs wird Huygens Daten von seinen Bordsensoren an Cassini senden, das „Mutterschiff“, das es zu Titan gebracht hat. Cassini leitet die Daten dann an die Erde zurück. Die großen Radioteleskope können jedoch das schwache (10-Watt-) Signal von Huygens direkt empfangen, selbst in einer Entfernung von fast 750 Millionen Meilen. Dies geschieht nicht, um die Datenerfassung zu duplizieren, sondern um durch direkte Messung neue Daten über die Position und Bewegungen von Huygens zu generieren.
Messungen der Doppler-Verschiebung der Frequenz des Huygens-Funksignals vom Cassini-Raumschiff in einem von Mike Bird von der Universität Bonn durchgeführten Experiment werden weitgehend Informationen über die Geschwindigkeit der Ost-West-Winde von Titan liefern. Ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, CA, wird die Doppler-Verschiebung des Sondensignals relativ zur Erde messen. Diese zusätzlichen Doppler-Messungen mit den erdgestützten Radioteleskopen liefern wichtige Daten, die für das Erlernen der Nord-Süd-Winde erforderlich sind.
"Das Hinzufügen der bodengestützten Teleskope zum Experiment hilft nicht nur, die Daten zu bestätigen, die wir vom Cassini-Orbiter erhalten, sondern ermöglicht uns auch, ein viel vollständigeres Bild der Winde auf Titan zu erhalten", sagte William Folkner, ein JPL-Wissenschaftler.
Ein anderes Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Joint Institute for Very Long Baseline Interferometry in Europa (JIVE) in Dwingeloo, Niederlande, wird ein weltweites Netzwerk von Radioteleskopen, einschließlich der NRAO-Teleskope, verwenden, um die Flugbahn der Sonde mit beispielloser Geschwindigkeit zu verfolgen Richtigkeit. Sie erwarten, die Position der Sonde innerhalb von 1 km in einer Entfernung von fast 750 Millionen Meilen zu messen.
"Das ist so, als könnten Sie in Ihrem Garten sitzen und den Ball in einem Ping-Pong-Spiel beobachten, das auf dem Mond gespielt wird", sagte Leonid Gurvits von JIVE.
Sowohl das JPL- als auch das JIVE-Team zeichnen die von den Radioteleskopen gesammelten Daten auf und verarbeiten sie später. Bei den Doppler-Messungen sind je nach Signalstärke möglicherweise einige Echtzeitinformationen verfügbar. Die Wissenschaftler dieses Teams planen jedoch auch eine detaillierte Analyse der aufgezeichneten Daten.
Das JPL-Team verwendet spezielle Instrumente des Deep Space Network namens Radio Science Receivers. Eine wird an die GBT und eine an das Parkes Radio Observatorium ausgeliehen. "Dies ist das gleiche Instrument, mit dem wir die herausfordernde Kommunikation während der Landung der Spirit and Opportunity Mars-Rover sowie die Cassini Saturn Orbit Insertion unterstützen konnten, wenn das empfangene Funksignal sehr schwach war", sagte Sami Asmar, der verantwortliche JPL-Wissenschaftler für die Datenaufzeichnung.
Als die Sonde des Galileo-Raumfahrzeugs 1995 in die Jupiter-Atmosphäre eintrat, nutzte ein JPL-Team das VLA-Radioteleskop (Very Large Array) der NSF in New Mexico, um das Signal der Sonde direkt zu verfolgen. Durch Hinzufügen der Daten aus der VLA zu diesem Experiment wurde die Genauigkeit der Windgeschwindigkeitsmessungen erheblich verbessert.
„Die Galileo-Sonde hat uns überrascht. Entgegen einiger Vorhersagen erfuhren wir, dass Jupiters Winde stärker wurden, als wir tiefer in seine Atmosphäre eindrangen. Das sagt uns, dass diese tieferen Winde nicht nur vom Sonnenlicht angetrieben werden, sondern auch von der Wärme, die vom Kern des Planeten kommt. Wenn wir bei Titan Glück haben, werden wir auch dort Überraschungen erleben “, sagte Robert Preston, ein weiterer JPL-Wissenschaftler.
Die Huygens-Sonde ist ein Raumschiff, das von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gebaut wurde. Zusätzlich zu den NRAO-Teleskopen wird das JPL-Doppler-Windexperiment die Australia Telescope National Facility und andere Radioteleskope in Parkes, Mopra und Ceduna, Australien, verwenden. Hobart, Tasmanien; Urumqi und Shanghai, China; und Kashima, Japan. Die Positionsmessungen sind ein von JIVE geleitetes Projekt, an dem die ESA, die niederländische Stiftung für Astronomieforschung, die Universität Bonn, die Technische Universität Helsinki, JPL, die Australia Telescope National Facility, die National Astronomical Observatories of China und das Shanghai Astronomical Observatory beteiligt sind und das Nationale Institut für Kommunikationstechnologien in Kashima, Japan.
Das Gemeinsame Institut für VLBI in Europa wird von den nationalen Forschungsräten, nationalen Einrichtungen und Instituten der Niederlande (NWO und ASTRON), des Vereinigten Königreichs (PPARC), Italiens (CNR), Schwedens (Onsala Space Observatory, National Facility) finanziert. Spanien (IGN) und Deutschland (MPIfR). Das Europäische VLBI-Netzwerk ist eine gemeinsame Einrichtung von europäischen, chinesischen, südafrikanischen und anderen Radioastronomie-Instituten, die von ihren nationalen Forschungsräten finanziert werden. Das Australia Telescope wird vom Commonwealth of Australia für den Betrieb als von CSIRO verwaltete nationale Einrichtung finanziert.
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung
