Die meisten von uns haben die Frustration von Umweltverschmutzung, Nebel oder Wolken erlebt, die eine Nacht der Sternenbeobachtung in eine frustrierende Übung verwandeln. Es stellte sich heraus, dass die NASA mit den gleichen Problemen zu kämpfen hat, seit sie begonnen hat, große Teleskope zu starten. Selbst im Orbit können Teleskope nicht gut durch den Staub sehen, der das innere Sonnensystem übersät. Aber ein Team von NASA-Wissenschaftlern hat einen Weg gefunden, die Astronomie aus diesem kosmischen Nebel zu heben.
Venus, Erde und Mars kreisen alle innerhalb einer Staubwolke, die von Kometen und gelegentlichen Kollisionen zwischen Asteroiden gebildet wird. Diese sogenannte Tierkreiswolke ist nach der Sonne das leuchtendste Merkmal des Sonnensystems und kann bis zu tausendmal heller sein als die Objekte, die die Astronomen tatsächlich anvisieren. Das Licht beeinflusst Orbitalbeobachtungen genauso wie Licht von einem Vollmond auf bodengestützte Beobachtungen. Die Zodiakalwolke ist so hell, dass sie jede astronomische Infrarot-, optische und ultraviolette Beobachtungsmission der NASA gestört hat.
Die Komponenten der vorgeschlagenen EZE-Mission. Bildnachweis: NASA.
„Um es einfach auszudrücken, es war noch nie Nacht für Weltraumastronomen“, sagte Matthew Greenhouse, Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, MD. Das Licht aus der Wolke ist in der Ebene der Erdumlaufbahn am größten, der gleichen Ebene, in der jedes Weltraumteleskop arbeitet.
Wie also plant die NASA, die Cloud zu verlassen? Durch Neigen der Umlaufbahnen zukünftiger Teleskope. Diese Art der Anpassung würde es Raumfahrzeugen ermöglichen, einen erheblichen Teil jeder Umlaufbahn über und unter dem dicksten Staub zu verbringen, wodurch sie eine klarere Sicht auf Objekte im Weltraum erhalten.
„Nur indem wir ein Weltraumteleskop auf diesen geneigten Bahnen platzieren, können wir seine Empfindlichkeit im nahen Ultraviolett um den Faktor zwei und im Infraroten um das 13-fache verbessern“, erklärte Greenhouse. „Das ist ein Durchbruch in der Wissenschaft, ohne dass der Spiegel des Teleskops vergrößert wird.“
Greenhouse hat sich mit Scott Benson und dem Studienteam COllaborative Modeling and Parametric Assessment of Space Systems (COMPASS) zusammengetan, beide am Glenn Research Center der NASA in Cleveland, Ohio. Sie untersuchen Missionen, um ein Teleskop in diese Art von Winkelebene – eine extrazodiakale Umlaufbahn – zu bringen, indem neue Entwicklungen bei Solaranlagen, elektrischem Antrieb und kostengünstigeren Verbrauchsträgern verwendet werden.
Sie haben eine Proof-of-Concept-Mission namens Extra-Zodiacal Explorer (EZE) entwickelt, ein 1.500 Pfund schweres Observatorium der EX-Klasse. EZE würde auf einer SpaceX Falcon 9-Rakete starten. Ein leistungsstarker neuer solarelektrischer Antrieb als Oberstufe würde die Raumsonde auf einem schwerkraftunterstützten Manöver an der Erde oder dem Mars vorbeiführen, ein Vorbeiflug, der die Mission in eine um bis zu 30 Grad zur Erde geneigte Umlaufbahn umleiten würde.
Ein NEXT-Motor während eines Testfeuers. Zum Zeitpunkt der Aufnahme im Dezember 2009 war das Triebwerk mehr als 25.000 Stunden ununterbrochen in Betrieb gewesen; es hat jetzt mehr als 40.000 stunden gelaufen. Bildnachweis: NASA.
Der Evolutionary Xenon Thruster (NEXT)-Motor der NASA ist eine verbesserte Art von Ionenantrieb. Es funktioniert, indem es Elektronen aus Atomen des Xenongases entfernt und die geladenen Ionen durch ein elektrisches Feld beschleunigt, um Schub zu erzeugen. Obwohl diese Triebwerkstypen zu jeder Zeit viel weniger Schub bieten als herkömmliche chemische Raketen, sind sie viel treibstoffeffizienter und können jahrelang betrieben werden.
Zwei dieser fortschrittlichen Triebwerke, die ihre Energie aus Onboard-Solaranlagen beziehen, würden in der EZE-Oberstufe untergebracht. Sie würden feuern, um das Raumschiff auf den planetarischen Vorbeiflug zu schicken, der es in eine außerzodiakale Umlaufbahn bringen würde. „Wir haben ein NEXT-Triebwerk über 40.000 Stunden in Bodentests betrieben, mehr als doppelt so lange wie die Triebwerkslebensdauer, die erforderlich ist, um die EZE-Sonde in ihre extrazodiakale Umlaufbahn zu bringen“, erklärte Benson. „Dies ist eine ausgereifte Technologie, die viel kostengünstigere Weltraummissionen sowohl in den Disziplinen Astrophysik als auch in der Planetenwissenschaft ermöglichen wird.“
Wenn diese Konzeptmission funktioniert, sagt das Team, wird dies die beste Leistung eines Observatoriums in der Geschichte des Explorer-Programms der NASA sein. Es wird auch ein Game Changer sein. Wie Greenhouse erklärte, „wird es jedem Astronomen, der das Explorer-Programm der NASA vorschlägt, außerzodiakale Umlaufbahnen zur Verfügung stellen. Dies wird Astrophysik-Forschern beispiellose wissenschaftliche Fähigkeiten ermöglichen.“
Quelle: NASA .