Aktuelles › Fraun­ho­fer IOF · Welt­raum­mis­sion JUICE star­tet mit Tele­skop aus Jena ins Weltall

Er ist der größte Pla­net unse­res Son­nen­sys­tems und trägt daher pas­send den Namen des grie­chi­schen Göt­ter­va­ters: der Jupi­ter. Umkreist wird er von nicht weni­ger als 92 Mon­den, wobei immer wie­der neue Tra­ban­ten von For­schen­den ent­deckt wer­den. Spe­zi­ell der mit Eis bedeckte Mond Gany­med ist im Blick der Wis­sen­schaft­ler/-innen, da er eine beson­dere Ähn­lich­keit zur Erde aufweist.

Um Gany­med, aber auch die Monde Kal­listo und Europa sowie den Jupi­ter selbst, genauer zu erfor­schen, star­tet die Euro­päi­sche Welt­raum­be­hörde (ESA) vor­aus­sicht­lich am 13. April eine Raum­sonde in Rich­tung des Rie­sen­pla­ne­ten, den »Jupi­ter Icy Moons Explo­rer« – kurz: JUICE. Um dort sei­nem For­schungs­auf­trag gerecht zu wer­den, befin­den sich ins­ge­samt zehn wis­sen­schaft­li­che Instru­mente an Bord der Raum­sonde. Eines davon ist das »Gany­med Laser Alti­me­ter«, auch GALA genannt, das von For­schen­den aus Jena mit­ent­wi­ckelt wurde. Das Instru­ment soll die geo­gra­fi­sche Beschaf­fen­heit des Jupi­ter­mon­des vermessen.

Erfo­schung des Jupi­ter­mon­des Gany­med mit­tels Laser Altimetrie

»Im Rah­men der JUICE-Mis­sion kommt erst­mals ein Laser­al­ti­me­ter als hoch­ge­naue Metall­op­tik zur Erfor­schung des Jupi­ter-Eis­mon­des Gany­med zum Ein­satz«, erklärt Dr. Ste­fan Risse, Lei­ter der Abtei­lung Prä­zi­si­ons­op­ti­sche Kom­po­nen­ten und Sys­teme am Fraun­ho­fer IOF. »Mit einem Laser­al­ti­me­ter kön­nen Ent­fer­nun­gen auch über sehr weite Distan­zen sehr prä­zise gemes­sen wer­den«, führt er wei­ter aus. »Wir hof­fen damit neue, grund­le­gende wis­sen­schaft­li­che Erkennt­nisse über die Topo­gra­fie des Jupi­ter­mon­des Gany­med und zur Frage der Ent­ste­hung gewin­nen zu kön­nen«, so der Forscher.

Um diese auf­schluss­rei­chen Infor­ma­tio­nen zu sam­meln, sen­det GALA von einer Umlauf­bahn um Gany­med – also aus circa 500 Kilo­me­tern Ent­fer­nung – Laser­pulse auf den Mond und emp­fängt das reflek­tierte Licht. Aus der Lauf­zeit des Pul­ses lässt sich der Abstand zur Mond­ober­flä­che bestim­men und dar­aus die Topo­gra­fie errech­nen. Dazu wird eine hoch­prä­zise Laser-Emp­fangs-Ein­heit benö­tigt. Diese wurde vom Fraun­ho­fer IOF in Jena gemein­sam mit der Firma HENSOLDT Optro­nics GmbH aus Ober­ko­chen rea­li­siert. Das Fraun­ho­fer IOF ent­wi­ckelte dafür ein spe­zi­el­les Spie­gel­te­le­skop, das die von der Mond­ober­flä­che zurück­ge­wor­fe­nen Laser­pulse auf­fängt. Auf diese Weise kann GALA die Topo­gra­phie des Jupi­ter­mon­des mit einer Auf­lö­sung von weni­ger als 10 Zen­ti­me­tern vermessen.

Eine beson­ders wich­tige Frage, auf die GALA zukünf­tig eine Ant­wort geben könnte, ist dabei, ob es Was­ser­vor­kom­men auf Gany­med gibt: »Die Mes­sung mit GALA fin­det an unter­schied­li­chen Orbit-Posi­tio­nen des Mon­des Gany­med im Bezug zum Jupi­ter statt«, erläu­tert in die­sem Zusam­men­hang Dr. Hen­rik von Luko­wicz, Lei­ter der Arbeits­gruppe Prä­zi­si­ons­sys­teme am Fraun­ho­fer IOF. »Würde sich Was­ser unter­halb der Ober­flä­che befin­den, wür­den die Gezei­ten­kräfte in Folge der Bewe­gung des Mon­des zu einer Defor­ma­tion der Ober­flä­che füh­ren. Das bedeu­tet: GALA könnte unter Umstän­den sogar die Exis­tenz von Was­ser nachweisen.«

GALA ist das erste Deep-Space-Laseraltimeter

Das Laser­al­ti­me­ter GALA wird welt­weit das erste Deep-Space-Laser­al­ti­me­ter sein, das in circa einer Mil­li­arde Kilo­me­ter Ent­fer­nung von der Erde zum Ein­satz kommt. Die Mis­sion wird mehr als zehn Jahre dau­ern: acht Jahre braucht die Sonde JUICE zunächst, um in einer Umlauf­bahn um den Jupi­ter anzu­kom­men. Die anschlie­ßen­den drei Jah­ren sind für die Erfor­schung der Jupi­ter­monde Europa, Kal­listo und Gany­med sowie des Jupi­ters vorgesehen.

»Auf dem Weg zum Jupi­ter muss das von uns ent­wi­ckelte opti­sche Tele­skop im Ultra­hoch-Vakuum mit extre­men Umwelt­be­din­gun­gen zurecht­kom­men, die durch enorme Beschleu­ni­gung beim Rake­ten­start, hohe Tem­pe­ra­tur­wech­sel und sehr star­ker kos­mi­scher Strah­lung gekenn­zeich­net sind«, erläu­tert Dr. von Luko­wicz die beson­de­ren Anfor­de­run­gen an die opti­schen Bau­teile im Welt­all. »Durch die exzel­len­ten opto-mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten wird es mög­lich sein, auch unter die­sen anspruchs­vol­len Bedin­gun­gen die Eis­monde des Jupi­ters zu erforschen.«

Die JUICE-Mis­sion soll vorraus­sicht­lich am 13. April, spä­tes­tens aber am 15. April 2023 vom ESA-Welt­raum­bahn­hof Kou­rou in Fran­zö­sisch-Gua­yana star­ten. Trä­ger­ra­kete für den Start wird die Ariane 5 sein.

Aus­ge­zeich­nete Koope­ra­tion zwi­schen For­schung und Industrie

Das gesamte GALA-Sys­tem wurde unter Lei­tung des DLR-Insti­tuts für Pla­ne­ten­for­schung ent­wi­ckelt und gebaut. Neben HENSOLDT Optro­nics GmbH aus Ober­ko­chen in Baden-Würt­tem­berg und dem Fraun­ho­fer IOF aus Thü­rin­gen sind wei­tere Part­ner aus Deutsch­land, aber auch Japan, der Schweiz und Spa­nien beteiligt.

Für die wis­sen­schaft­li­che und unter­neh­me­ri­sche Part­ner­schaft spe­zi­ell zwi­schen der Firma HENSOLDT und dem Fraun­ho­fer IOF wur­den die betei­lig­ten Team­mit­glie­der im Novem­ber 2021 mit dem Lothar Späth Award aus­ge­zeich­net. Die Lothar-Späth-Stif­tung ver­leiht die Aus­zeich­nung an koope­ra­tiv ent­stan­dene, her­aus­ra­gende Inno­va­tio­nen bei Pro­duk­ten, Ver­fah­ren und Dienst­leis­tun­gen in Baden-Würt­tem­berg und Thüringen.